TW202316519A - 處理基板的方法 - Google Patents

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Abstract

根據本發明的基板處理方法是對從最外側開始堆疊包括第一氧化矽膜、氮化矽膜及第二氧化矽膜的膜的基板進行處理的方法,包括以下步驟:第一蝕刻步驟,對所述第一氧化矽膜進行蝕刻;以及第二蝕刻步驟,對所述氮化矽膜及所述第二氧化矽膜進行蝕刻,在所述第一蝕刻步驟中,保留所述第一氧化矽膜的殘留層,且在所述第二蝕刻步驟中,對所述第一氧化矽膜的殘留層、所述氮化矽膜及所述第二氧化矽膜統一進行蝕刻。

Description

處理基板的方法
本發明涉及一種基板處理方法。更詳細來說,涉及一種當在基板上堆疊有氮化矽膜及氧化矽膜時可利用乾式蝕刻方式對作為蝕刻對象的區域的氮化矽膜及氧化矽膜統一進行蝕刻的基板處理方法。
近來隨著半導體元件的微細化,半導體元件漸漸高集成化。由於氮化矽膜用作在化學上具有穩定的特性的介電膜或絕緣膜,因此不僅在記憶體元件的基本的元件分離製程中而且在接觸窗(Contact)製程或封蓋(Capping)製程中廣泛用於用作側壁(Sidewall)原材料等的動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory,DRAM)及快閃記憶體(FLASH Memory)製造製程。
另一方面,在製造半導體元件時,存在在基板上堆疊多層氧化矽膜及氮化矽膜的情況。在這種情況下,為了對氧化矽膜與氮化矽膜進行蝕刻,要求多個蝕刻製程。
圖1a至圖1d概略性地示出包括氧化矽膜的蝕刻製程與氮化矽膜的蝕刻製程的以往的基板處理方法。
參照圖1a至圖1d,以往的基板處理方法為了在堆疊有下部氧化矽膜110、氮化矽膜120及上部氧化矽膜130的基板101(圖1a)中對蝕刻對象區域的氧化矽膜110、130及氮化矽膜120進行蝕刻,執行如下所示的製程。
首先,作為第一蝕刻製程,利用乾式蝕刻方法對蝕刻對象區域的上部氧化矽膜130進行蝕刻(圖1b)。在非蝕刻對象區域中形成氮化矽膜140與其下部膜。之後,作為第二蝕刻製程,利用濕式蝕刻方式對氮化矽膜120進行蝕刻(圖1c)。之後,作為第三蝕刻製程,利用乾式蝕刻方式對下部氧化矽膜110進行蝕刻(第三蝕刻製程)(圖1d)。
然而,以往的基板處理方法應分別執行對上部氧化矽膜進行蝕刻的第一蝕刻製程(圖1b)、對氮化矽膜進行蝕刻的第二蝕刻製程(圖1c)及對下部氧化矽膜進行蝕刻的第三蝕刻製程(圖1d)。另外,在上部氧化矽膜及下部氧化矽膜的情況下利用乾式蝕刻方式進行蝕刻,且在氮化矽膜的情況下主要利用濕式蝕刻方式進行蝕刻,從而存在無法在同一腔室內執行多個蝕刻製程的缺點。這成為增加蝕刻製程需要的時間且增加製程成本的主要原因。
為了解決此問題,開發了可均勻地對氧化矽膜與氮化矽膜進行蝕刻的蝕刻液(例如專利文獻1)。
圖2a及圖2b示出利用一次蝕刻製程對氧化矽膜與氮化矽膜進行蝕刻的例子。
參照圖2a至圖2b,用於利用一次製程對氧化矽膜與氮化矽膜進行蝕刻的方法是利用可對氧化矽膜與氮化矽膜二者進行蝕刻的蝕刻液在堆疊有下部氧化矽膜110、氮化矽膜120及上部氧化矽膜130的基板101(圖2a)中對氧化矽膜110、130及氮化矽膜120統一進行蝕刻。
然而,濕式蝕刻存在由於表面張力而蝕刻劑滲透到元件圖案內、或者蝕刻不能順利進行到最下部膜的問題。這種問題隨著半導體元件的層數變得更多且圖案變得更微細而變得嚴重。
[現有技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]註冊專利公報第10-0823461號(2008年04月21日公告)
[發明所要解決的問題]
本發明欲解決的課題是提供一種當在基板上堆疊有氮化矽膜及氧化矽膜時可對氮化矽膜及氧化矽膜統一進行蝕刻的基板處理方法。
另外,本發明欲解決的課題是提供一種可對蝕刻對象區域的氮化矽膜及氧化矽膜統一進行蝕刻、且另一方面可保護非蝕刻對象區域的膜的基板處理方法。 [解決問題的技術手段]
用於解決所述課題的根據本發明第一實施例的基板處理方法是對從最外側開始堆疊包括第一氧化矽膜、氮化矽膜及第二氧化矽膜的膜的基板進行處理的方法,其中包括:第一蝕刻步驟,對所述第一氧化矽膜進行蝕刻;以及第二蝕刻步驟,對所述氮化矽膜及所述第二氧化矽膜進行蝕刻,在所述第一蝕刻步驟中,保留所述第一氧化矽膜的殘留層,且在所述第二蝕刻步驟中,對所述第一氧化矽膜的殘留層、所述氮化矽膜及所述第二氧化矽膜統一進行蝕刻。
所述第一蝕刻步驟及第二蝕刻步驟可在同一腔室內執行。
優選為執行所述第一蝕刻步驟,直到所述第一氧化矽膜的殘留層的厚度小於在與應用於所述第二蝕刻步驟的條件相同的條件下對所述第一氧化矽膜進行一次蝕刻時可移除的最大厚度時為止。
所述第二蝕刻步驟可利用乾式蝕刻方式執行,所述乾式蝕刻方式是將包含氟化氫氣體(HF)及氨氣(NH3)的混合氣體或者包含三氟化氮氣體(NF3)及氨氣(NH3)或氫氣(H2)的混合氣體電漿化並將其用作蝕刻氣體。
所述第二蝕刻步驟可重複執行多次由蝕刻與加熱組成的單位循環。
在所述第二蝕刻步驟之後,可進一步包括最終加熱使基板溫度達到200℃以上、優選為200℃至250℃的步驟。
用於解決所述課題的根據本發明第二實施例的基板處理方法是對以下基板進行處理的方法,所述基板在作為蝕刻對象的第一區域依序從最外側開始堆疊包括第一氧化矽膜、第一氮化矽膜及第二氧化矽膜的膜並且在作為非蝕刻對象的第二區域從最外側開始堆疊包括第二氮化矽膜的一個以上的膜,其中包括:第一蝕刻步驟,對所述第一區域的第一氧化矽膜進行蝕刻;以及第二蝕刻步驟,在比所述第一蝕刻步驟高的溫度下對所述第一區域的第一氮化矽膜及第二氧化矽膜進行蝕刻,在所述第一蝕刻步驟中,保留所述第一區域的所述第一氧化矽膜的殘留層,在所述第二蝕刻步驟中,對所述第一區域的所述第一氧化矽膜的殘留層、所述第一氮化矽膜及所述第二氧化矽膜統一進行蝕刻,且所述第二區域的第二氮化矽膜作為蝕刻停止層(stopper)起作用。
用於解決所述課題的根據本發明第三實施例的基板處理方法是對以下基板進行處理的方法,所述基板在作為蝕刻對象的第一區域依序從最外側開始堆疊包括第一氧化矽膜、第一氮化矽膜及第二氧化矽膜的膜並且在作為非蝕刻對象的第二區域從最外側開始堆疊包括第三氧化矽膜及第二氮化矽膜的膜,其中包括:第一蝕刻步驟,對所述第一區域的第一氧化矽膜及第二區域的第三氧化矽膜進行蝕刻;以及第二蝕刻步驟,在比所述第一蝕刻步驟高的溫度下對所述第一區域的第一氮化矽膜及第二氧化矽膜進行蝕刻,在所述第一蝕刻步驟中,保留所述第一區域的所述第一氧化矽膜的殘留層,並使所述第二區域的所述第二氮化矽膜暴露出,在所述第二蝕刻步驟中,對所述第一區域的所述第一氧化矽膜的殘留層、所述第一氮化矽膜及所述第二氧化矽膜統一進行蝕刻,且所述第二區域的第二氮化矽膜作為蝕刻停止層起作用。
所述第一蝕刻步驟及第二蝕刻步驟可在同一腔室內執行。
優選為執行所述第一蝕刻步驟,直到所述第一氧化矽膜的殘留層的厚度小於在與應用於所述第二蝕刻步驟的條件相同的條件下對所述第一氧化矽膜進行一次蝕刻時可移除的最大厚度時為止。
所述第二蝕刻步驟可利用乾式蝕刻方式執行,所述乾式蝕刻方式是將包含氟化氫氣體(HF)及氨氣(NH3)的混合氣體或者包含三氟化氮氣體(NF3)及氨氣(NH3)或氫氣(H2)的混合氣體電漿化並將其用作蝕刻氣體。
所述第二蝕刻步驟可在60℃以上的溫度下執行。
所述第二蝕刻步驟可重複執行多次由蝕刻與加熱組成的單位循環。
在所述第二蝕刻步驟之後,可進一步包括最終加熱使基板溫度達到200℃以上的步驟。
用於解決所述課題的根據本發明第四實施例的基板處理方法是對以下基板進行處理的方法,所述基板在作為蝕刻對象的第一區域依序從最外側開始堆疊包括第一氮化矽膜、氧化矽膜的膜並且在作為非蝕刻對象的第二區域從最外側開始堆疊包括第二氮化矽膜的一個以上的膜,其中包括:
犧牲氧化矽膜形成步驟,在所述第一區域的第一氮化矽膜上形成犧牲氧化矽膜;以及
蝕刻步驟,對所述第一區域的第一氮化矽膜及氧化矽膜進行蝕刻,
在所述蝕刻步驟中,對所述第一區域的犧牲氧化矽膜、第一氮化矽膜及氧化矽膜統一進行蝕刻,且所述第二區域的第二氮化矽膜作為蝕刻停止層起作用。
可以以下方式執行所述犧牲氧化矽膜形成步驟:使所述犧牲氧化矽膜的厚度小於在與應用於所述蝕刻步驟的條件相同的條件下對所述犧牲氧化矽膜進行一次蝕刻時可移除的最大厚度。
所述蝕刻步驟可利用乾式蝕刻方式執行,所述乾式蝕刻方式是將包含氟化氫氣體(HF)及氨氣(NH3)的混合氣體或者包含三氟化氮氣體(NF3)及氨氣(NH3)或氫氣(H2)的混合氣體電漿化並將其用作蝕刻氣體。
所述蝕刻步驟可在60℃以上的溫度下執行。
所述蝕刻步驟可重複執行多次由蝕刻與加熱組成的單位循環。
在所述蝕刻步驟之後,可進一步包括最終加熱使基板溫度達到200℃以上的步驟。 [發明的效果]
根據本發明的基板處理方法可當在基板上堆疊有氮化矽膜及氧化矽膜時在同一腔室中利用乾式蝕刻方式對氮化矽膜及氧化矽膜統一進行蝕刻。
另外,根據本發明的基板處理方法應用在當氮化矽膜暴露出時此氮化矽膜在高溫下作為蝕刻停止層起作用的現象,從而具有可對蝕刻對象區域的氮化矽膜及氧化矽膜統一進行蝕刻、且另一方面可保護非蝕刻對象區域的膜的效果。
本發明的效果不限於以上所提及的效果,未提及的另一效果通過以下詳細的說明對本領域技術人員而言可清楚地理解。
本發明的優點及特徵、以及達成其等的方法將參照附圖以及以下詳細描述的實施例而變得明確。然而,本發明不限定於以下揭示的實施例,而是以彼此不同的各種方式實現,但本實施例僅是為了使本發明的揭示完整,且對本發明所屬技術領域中具有通常知識者完整地告知發明的範疇而提供,本發明僅由申請專利範圍的範疇定義。貫穿整個說明書,相同的參考符號指代相同的構成要素。為了說明的明瞭性,對圖中層及區域的尺寸及相對尺寸可進行誇張說明。
稱要素或層位於另一元件“上方”或“上”的情形不僅包括直接位於另一元件或層的上方,而且包括在中間介置其他層或其他元件的情形。相反,稱元件“直接位於…上方”或“正上”的情形表示在中間不介置其他元件或其他層。另外,應理解,在某種構成要素被記載為與另一構成要素“連接”、“結合”或“相連”的情況,雖然所述構成要素可彼此直接連接或相連,但在各構成要素之間也可“介置”其他構成要素,或者各構成要素通過其他構成要素進行“連接”、“結合”或“相連”。
作為空間相對性用語的“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等可用於容易地記述如圖所示一個元件或構成要素與另一元件或構成要素的相關關係。空間相對性用語應理解為除圖中所示的方向以外更包括元件在使用或操作時彼此不同的方向的用語。例如,在將圖中所示的元件翻轉的情況,被記述為另一元件的“下方”的元件可能被置於另一元件的“上方”。因此,作為例示性的用語的“下方”可包括下方與上方兩個方向。
在本說明書中使用的用語用於對實施例進行說明,因此並非對本發明進行限制。在本說明書中,除非在上下文中特別提及,否則單數形也包括複數形。在說明書中使用的“包括”和/或“包括的”提及的構成要素、步驟、動作和/或元件不排除存在或附加一個以上的其他構成要素、步驟、動作和/或元件。
以下,參照附圖針對根據本發明優選實施例的基板處理方法詳細地進行說明,如下所示。
氮化矽的蝕刻反應以如下所示的過程執行。
Si 3N 4(s)+16HF (g)→2(NH 4) 2SiF 6(s)+SiF 4(g)
(NH 4) 2SiF 6(s)→NH 4HF 2(s)+SiF 4(g)+NH 3(g)
氧化矽與氮化矽的蝕刻反應在是否生成H 2O方面存在差異。在氧化矽的情況下,生成H 2O且加速蝕刻,相反,在氮化矽的情況下,由於沒有氧(O)成分,因此實質上緩慢地發生蝕刻。
在純氮化矽的情況下,不能被HF順利地蝕刻。但,特別地當在氮化矽表面存在氧(O)成分的情況下,確認了利用HF在存在氧成分的氮化矽的表面及實質上不存在氧成分的氮化矽的內部進行蝕刻。另外,確認了如果對在表面存在氧成分的氮化矽表面進行蝕刻並經過除鹽過程,則形成純氮化矽表面,之後即使進一步進行利用HF的蝕刻,也不能順利地對氮化矽進行蝕刻。
圖3a至圖3c概略性地示出根據本發明實施例的基板處理方法。
參照圖3a至圖3c,根據本發明實施例的基板處理方法包括第一蝕刻步驟(圖3b)及第二蝕刻步驟(圖3c)。
在本實施例中,如圖3a示出的例子所示,作為處理對象的基板是從最外側開始堆疊包括第一氧化矽膜230、氮化矽膜220及第二氧化矽膜210的膜的基板201。在基板上,除了所述膜210、220、230之外,可進一步堆疊如第二氮化矽膜240等並非蝕刻對象的膜。
在本發明中,“堆疊”不僅指垂直方向的堆疊,也指水平方向的堆疊。因此,“最外側”可不僅指垂直方向的最上部,而且指水平方向的最側部。
另外,在基板201與第二氧化矽膜210之間可堆疊有如氧化膜、氮化膜、金屬膜等附加的膜。在圖3a中,由於僅示出到第二氧化矽膜210,因此以下以對第一氧化矽膜230、氮化矽膜220及第二氧化矽膜210進行蝕刻的情形為主進行說明,但如果在第二氧化矽膜210下部進一步堆疊氮化矽膜與氧化矽膜,則其等也可成為蝕刻對象。
另外,在圖3a中,區域A為作為蝕刻對象的區域,且區域B為作為非蝕刻對象的區域。區域A與區域B可為彼此相鄰的區域,但可為彼此隔開的區域。在區域A與區域B為彼此隔開的區域的情況,例如區域A的某一氧化矽膜與區域B的某一氧化矽膜可由同一層形成,也可由不同的層形成。
參照圖3b,在第一蝕刻步驟中對第一氧化矽膜進行蝕刻。
在第一蝕刻步驟之前,可包括例如沒有氟化氫氣體而利用氨氣與載氣等的預備蝕刻步驟。
第一蝕刻步驟可利用將例如包含氟化氫(HF)及氨氣(NH 3)的混合氣體電漿化並將其用作蝕刻氣體的乾式蝕刻方式執行。為了進行高速循環製程,第一蝕刻步驟可在60℃以上的溫度下執行。
第一蝕刻步驟在製程效率方面優選為由一個循環組成,但並非限定於此,如果第一氧化矽膜230下部的氮化矽膜220並未暴露出,則可執行一個循環或n個循環(n≥2)。
之後,參照圖3c,在第二蝕刻步驟中對氮化矽膜220及第二氧化矽膜210進行蝕刻。第二蝕刻步驟可利用乾式蝕刻方式執行,所述乾式蝕刻方式是將包含氟化氫氣體(HF)及氨氣(NH 3)的混合氣體或者包含三氟化氮氣體(NF 3)及氨氣(NH 3)或氫氣(H 2)的混合氣體電漿化並將其用作蝕刻氣體。
第一蝕刻步驟及第二蝕刻步驟可利用數百毫托(mTorr)至數托(Torr)的製程壓力來執行,但不限定於此。
另一方面,在第一蝕刻步驟及第二蝕刻步驟中可使用相同的蝕刻氣體。例如,在第一蝕刻步驟及第二蝕刻步驟中,可使用例如流量比為1:1至3:1、優選為1:1至2:1、更優選為1.3:1至1.7:1的HF與NH 3混合氣體。
另一方面,應用於第一蝕刻步驟及第二蝕刻步驟的整體流量或製程壓力可不同。例如,第一蝕刻步驟可在約1.2托的製程壓力下執行,且第二蝕刻步驟在約0.8托的製程壓力下執行。另外,應用於第二蝕刻步驟的蝕刻氣體的流量與第一蝕刻步驟相比可大約30%左右。
另一方面,在本發明中,如在圖3b中可觀察到的,其中在第一蝕刻步驟中保留第一氧化矽膜的殘留層235,且在第二蝕刻步驟中對所述第一氧化矽膜的殘留層235、氮化矽膜220及第二氧化矽膜210統一進行蝕刻。此時,可觀察到稱為“第一氧化矽膜的殘留層”是對應於“第一氧化矽膜未被蝕刻的下部部分”,且其下部的氮化矽膜未暴露出。
本發明的發明人通過長期研究結果得知,在利用可對氧化矽膜與氮化矽膜二者進行蝕刻的蝕刻氣體(例如氟化氫氣體與氨氣)執行乾式蝕刻時,在暴露出數十埃左右的薄的氧化矽膜的情況,可對相應氧化矽膜下方的氮化矽膜與另一氧化矽膜二者進行蝕刻。反之,在暴露出厚的氧化矽膜的情況,確認了氧化矽膜的蝕刻速度慢,結果不能對氧化矽膜下方的氮化矽膜與另一氧化矽膜充分地進行蝕刻。
另外,本發明人得知,在氮化矽膜暴露出的情況,氮化矽膜在高溫下作為幾乎不進行蝕刻的蝕刻停止層起作用。
再次回到圖3b及圖3c,在根據本發明的基板處理方法中,通過在第一蝕刻步驟中保留第一氧化矽膜的殘留層235,從而在第二蝕刻步驟中可對第一氧化矽膜的殘留層235、氮化矽膜220及第二氧化矽膜210統一進行蝕刻。
如上所述,在本發明的情況下,第一蝕刻步驟及第二蝕刻步驟二者均可利用乾式蝕刻方式執行,第一蝕刻步驟及第二蝕刻步驟可在同一腔室內利用相同的蝕刻氣體來執行。這與更改腔室相比提供可減少蝕刻時間及成本的優點。
另一方面,可執行第一蝕刻步驟,直到第一氧化矽膜的殘留層235的厚度小於在與應用於第二蝕刻步驟的條件相同的條件下對第一氧化矽膜230進行一次蝕刻時可移除的最大厚度時為止。在對第一氧化矽膜230進行一次蝕刻時可移除的最大厚度可根據應用於第二蝕刻步驟的蝕刻氣體、溫度、壓力等變不同。因此,雖然第一氧化矽膜的殘留層235的厚度並非限定性的,但大體上可為100 Å以下左右。
如果不保留第一氧化矽膜的殘留層235,則氮化矽膜220暴露出,從而在二次蝕刻步驟中不能順利地進行蝕刻。
另一方面,由於氧化矽膜的蝕刻伴隨著自限性反應,因此蝕刻進行到一定厚度時因反應副產物而不能繼續進行蝕刻。如果第一氧化矽膜的殘留層235的厚度太厚,則在第二蝕刻步驟中不能完全地對第一氧化矽膜的殘留層235進行蝕刻,從而下部的氮化矽膜或第二氧化矽膜的蝕刻可能不充分或不均勻。另外,在對第一氧化矽膜的殘留層進行過度蝕刻的過程中存在可能產生不期望的膜的不均勻蝕刻。
第二蝕刻步驟可在與第一蝕刻步驟相同的溫度或在比第一蝕刻步驟更高的溫度下執行,優選為可在60℃以上的溫度下執行。第二蝕刻步驟的上限溫度沒有特別的限制,但在蝕刻穩定性方面可為110℃以下。在氮化矽膜暴露出時,暴露出的氮化矽膜在60℃以上的情況下作為蝕刻停止層起作用,從而可抑制對暴露出的氮化矽膜及處於其下方的膜的蝕刻。因此,在第二蝕刻步驟中,在暴露出氮化矽膜(例如,配置在非蝕刻對象區域的第二氮化矽膜240等)的部分可不配置單獨的罩幕。
圖4示出可應用於第二蝕刻步驟的蝕刻方法的例子。
如圖4示出的例子所示,第二蝕刻步驟可重複執行多次由蝕刻410與加熱420組成的單位循環。在蝕刻與加熱之間(加熱前或加熱後)可包括對腔室內部的吹掃(purge)。加熱是指在進行蝕刻後注入氣體以移除反應副產物並打開燈以使基板升溫。加熱420可執行打開燈以使基板溫度達到60℃以上的方法,例如可執行打開燈約30秒以使基板溫度達到約120℃至200℃的方法。在蝕刻410過程中,由於溫度逐漸下降,可達到小於60℃,因此通過重複n次(n≥2)由蝕刻410與加熱組成的單位循環,使第二蝕刻步驟可在足夠高的溫度、例如60℃以上執行,從而可對第一氧化矽膜的殘留層235、氮化矽膜220與第二氧化矽膜210充分地進行蝕刻。
另一方面,在第二蝕刻步驟之後,可進一步包括最終加熱使基板溫度達到200℃以上(例如200℃至250℃)的步驟。這在煙霧(fume)管理方面有利。煙霧是指蝕刻副產物因熱而不能完全揮發且殘留在基板上的微粒形態的NH 4F或NH 2F 2等。在這種煙霧的情況下,可能引起膜的表面或裝備的表面被污染,且對微細圖案的可靠性也會造成影響。因此,在第二蝕刻步驟之後,通過最終加熱使基板溫度達到200℃以上,可在蝕刻之後抑制留有煙霧的殘留。但,在設備穩定性與製程管理方面,基板溫度更優選為升溫到250℃以下。如果基板溫度超過250℃,則可能增加設備負擔且增加產生製程再現性及異常蝕刻現象的概率。
另外,參照圖3a,在作為非蝕刻對象區域的區域B堆疊有第二氮化矽膜240。由於此第二氮化矽膜240暴露出,因此在第二蝕刻步驟中在對區域A的第一氧化矽膜的殘留層235、第一氮化矽膜220及第二氧化矽膜210統一進行蝕刻期間,第二氮化矽膜240未被蝕刻且殘留。可看出這是由於如上所述在高溫下氮化矽膜作為蝕刻停止層起作用。
圖5a至圖5c概略性地示出根據本發明實施例的基板處理方法。
參照圖5a至圖5c,示出的基板處理方法是通過第一蝕刻步驟及第二蝕刻步驟對以下基板進行處理,所述基板在作為蝕刻對象的第一區域(區域A)依序從最外側開始堆疊包括第一氧化矽膜230、第一氮化矽膜220及第二氧化矽膜210的膜,且在作為非蝕刻對象的第二區域(區域B)從最外側開始堆疊包括第三氧化矽膜230及第二氮化矽膜220的膜。在圖5a中,第一氧化矽膜與第三氧化矽膜、第一氮化矽膜與第二氮化矽膜是由同一層形成的膜,因此賦予相同的附圖符號。
在第一蝕刻步驟中,如圖5b示出的例子所示,對第一區域(區域A)的第一氧化矽膜及第二區域(區域B)的第三氧化矽膜進行蝕刻。
在第二蝕刻步驟中,在比第一蝕刻步驟高的溫度下,如圖5c示出的例子所示,對第一區域(區域A)的第一氮化矽膜220及第二氧化矽膜210進行蝕刻。
此時,在第一蝕刻步驟中,如圖5b示出的例子所示,保留第一區域(區域A)的第一氧化矽膜的殘留層235,且使第二區域的第二氮化矽膜暴露出。如果第一氧化矽膜的厚度比第三氧化矽膜的厚度大殘留層的厚度,則在第一蝕刻步驟之後,可僅保留第一區域的第一氧化矽膜的殘留層。
在第一蝕刻步驟的結果、第二蝕刻步驟中,對第一區域(區域A)的第一氧化矽膜的殘留層235、氮化矽膜220及第二氧化矽膜210統一進行蝕刻,且第二區域(區域B)的第二氮化矽膜220作為蝕刻停止層起作用,從而實質上幾乎不會對第二氮化矽膜220及處於其下方的膜進行蝕刻。
在根據本實施例的基板處理方法的情況下也可照原樣應用圖3a至圖3c中說明的特徵。
即,由於第一蝕刻步驟及第二蝕刻步驟可分別利用乾式蝕刻方式執行,因此可在同一腔室內執行。另外,可執行所述第一蝕刻步驟,直到第一氧化矽膜的殘留層235的厚度小於在與應用於第二蝕刻步驟的條件相同的條件下對第一氧化矽膜230進行一次蝕刻時可移除的最大厚度時為止。另外,第二蝕刻步驟可利用乾式蝕刻方式執行,所述乾式蝕刻方式是將包含氟化氫氣體(HF)及氨氣(NH 3)的混合氣體或者包含三氟化氮氣體(NF 3)及氨氣(NH 3)或氫氣(H 2)的混合氣體電漿化並將其用作蝕刻氣體。
另外,第二蝕刻步驟可在與第一蝕刻步驟相同或比第一蝕刻步驟更高的溫度下執行,且可在60℃以上的溫度下執行。另外,第二蝕刻步驟可重複執行多次由蝕刻與加熱組成的單位循環。另外,在第二蝕刻步驟之後,可進一步包括最終加熱使基板溫度達到200℃以上的步驟。
圖6a至圖6c概略性地示出根據本發明又一實施例的基板處理方法。
在圖6a至圖6c的情況下,示出對以下基板進行處理的方法,所述基板在作為蝕刻對象的第一區域依序從最外側開始堆疊包括第一氮化矽膜、氧化矽膜的膜並且在作為非蝕刻對象的第二區域從最外側開始堆疊包括第二氮化矽膜的一個以上的膜。
在本實施例的情況下,如圖6b示出的例子所示,在作為蝕刻對象的第一區域(區域A)的第一氮化矽膜220上形成犧牲氧化矽膜236。犧牲氧化矽膜236的形成可通過沉積實現,除此之外也可通過氧電漿處理、自然氧化膜形成等實現。犧牲氧化矽膜的形成結果與圖5b進行一次蝕刻的結果實質上相似。即,雖然圖5b的情況是一次蝕刻的產物,且圖6b的情況是沉積等的產物,但其結果實質上相似。
即,在本實施例中,通過沉積等形成與上述第一氧化矽膜的殘留層對應的氧化矽膜,從而如圖5c示出的例子所示,在以下將述的蝕刻步驟中可對第一區域(區域A)的犧牲氧化矽膜236、第一氮化矽膜220及氧化矽膜210統一進行蝕刻。
在不是蝕刻對象的第二區域(區域B)的情況,由於未形成犧牲氧化矽膜且氮化矽膜暴露出,因此如圖5c示出的例子所示,暴露出的氮化矽膜在高溫的蝕刻步驟中作為蝕刻停止層起作用,從而可防止第二區域(區域B)的氮化矽膜及其下方的膜被蝕刻。
在根據本實施例的基板處理方法的情況下也可照原樣應用圖3a至圖3c中說明的特徵中的一部分。
犧牲氧化矽膜形成步驟可利用沉積、氧電漿、自然氧化等方法形成。犧牲氧化矽膜形成步驟可以以下方式執行:使犧牲氧化矽膜236的厚度小於在與應用於蝕刻步驟的條件相同的條件下對犧牲氧化矽膜236進行一次蝕刻時可移除的最大厚度,例如100 Å以下的厚度。
蝕刻步驟可利用乾式蝕刻方式執行,所述乾式蝕刻方式是將包含氟化氫氣體(HF)及氨氣(NH 3)的混合氣體或者包含三氟化氮氣體(NF 3)及氨氣(NH 3)或氫氣(H 2)的混合氣體電漿化並將其用作蝕刻氣體。
另外,所述蝕刻步驟可在60℃以上的溫度下執行。所述蝕刻步驟可重複執行多次由蝕刻與加熱組成的單位循環。在所述蝕刻步驟之後,可進一步包括最終加熱使基板溫度達到200℃以上的步驟。
如以上說明所示,根據本發明的基板處理方法是當在基板上堆疊有氮化矽膜及氧化矽膜時可在同一腔室中利用乾式蝕刻方式對氮化矽膜及氧化矽膜統一進行蝕刻。
另外,根據本發明的基板處理方法可在保護非蝕刻對象區域的膜的同時對蝕刻對象區域的氮化矽膜及氧化矽膜統一進行蝕刻。
作為對氮化矽膜使用流量比為1.5:1的氟化氫(HF)及氨氣(NH 3)混合氣體執行乾式蝕刻測試的結果,獲得如圖7所示的結果。
在進行一次蝕刻時,氮化矽膜的蝕刻量約為100 Å。
之後,以如下所示的條件進行二次蝕刻:在進行一次蝕刻後立即進行二次蝕刻、在進行一次蝕刻後暴露在大氣中後進行二次蝕刻、在進行一次蝕刻後進行氧電漿處理後進行二次蝕刻。
i)在進行一次蝕刻後立即進行二次蝕刻:參照圖7可觀察到,如果在進行一次蝕刻後,立即在65℃下進行二次蝕刻,則幾乎不對氮化矽進行進一步蝕刻。
ii)在進行一次蝕刻後暴露在大氣中進行二次蝕刻:參照圖7可觀察到,在進行一次蝕刻後,在將氮化矽暴露在大氣中三天時間的情況,在65℃下進行二次蝕刻時,蝕刻了約25 Å左右。這是由於在暴露於大氣中期間在氮化矽表面形成自然氧化膜。氮化矽表面的自然氧化膜可對應於以上說明的第一氧化膜的殘留層。
iii)在進行一次蝕刻後進行氧電漿處理後進行二次蝕刻:參照圖7可觀察到,在進行一次蝕刻後,在對氮化矽表面進行氧電漿處理的情況,在65℃下進行二次蝕刻時,蝕刻了約80 Å左右。這是由於利用氧電漿處理在氮化矽表面形成強氧化膜。因氧電漿製程在氮化矽表面形成的氧化膜可對應於以上說明的第一氧化膜的殘留層。
即,從圖7的結果可知,當在氮化矽表面存在自然氧化膜或強氧化膜時,可對氮化矽進行進一步蝕刻,且當在氮化矽表面不存在這種氧化膜時,在60℃以上的高溫下氮化矽作為蝕刻停止層起作用,從而幾乎不會對氮化矽進行進一步的蝕刻。
根據這種結果,幾乎不發生對作為非蝕刻對象的氮化矽的蝕刻,且可利用殘留氧化物層對作為蝕刻對象的氧化矽膜與氮化矽膜統一進行蝕刻。
以上,雖然以本發明的實施例為中心進行說明,但可在本領域技術人員的水平上進行各種變更或變形。這種變更與變形在不脫離本發明的範圍的情況下均可屬於本發明。因此,本發明的權利範圍應根據以上所記載的申請專利範圍來判斷。
101、201:基板 110、120、130、140、210、220、230、240:膜 235:殘留層 410:蝕刻 420:加熱 A、B:區域
圖1a至圖1d概略性地示出包括氧化矽膜的蝕刻製程與氮化矽膜的蝕刻製程的以往的基板處理方法。 圖2a及圖2b示出利用一次蝕刻製程對氧化矽膜與氮化矽膜進行蝕刻的例子。 圖3a至圖3c概略性地示出根據本發明實施例的基板處理方法。 圖4示出可應用於第二蝕刻步驟的蝕刻方法的例子。 圖5a至圖5c概略性地示出根據本發明實施例的基板處理方法。 圖6a至圖6c概略性地示出根據本發明實施例的基板處理方法。 圖7示出對氮化矽膜執行應用氟化氫(HF)及氨氣(NH3)的乾式蝕刻測試的結果。
201:基板
210、220、230、240:膜
235:殘留層
A、B:區域

Claims (10)

  1. 一種基板處理方法,是對從最外側開始堆疊包括第一氧化矽膜、氮化矽膜及第二氧化矽膜的膜的基板進行處理的方法,所述方法包括: 第一蝕刻步驟,對所述第一氧化矽膜進行蝕刻;以及 第二蝕刻步驟,對所述氮化矽膜及所述第二氧化矽膜進行蝕刻, 在所述第一蝕刻步驟中,保留所述第一氧化矽膜的殘留層, 在所述第二蝕刻步驟中,對所述第一氧化矽膜的殘留層、所述氮化矽膜及所述第二氧化矽膜統一進行蝕刻。
  2. 一種基板處理方法,是對以下基板進行處理的方法,所述基板在作為蝕刻對象的第一區域依序從最外側開始堆疊包括第一氧化矽膜、第一氮化矽膜及第二氧化矽膜的膜並且在作為非蝕刻對象的第二區域從最外側開始堆疊包括第二氮化矽膜的一個以上的膜,所述方法包括: 第一蝕刻步驟,對所述第一區域的所述第一氧化矽膜進行蝕刻;以及 第二蝕刻步驟,在比所述第一蝕刻步驟高的溫度下,對所述第一區域的所述第一氮化矽膜及所述第二氧化矽膜進行蝕刻, 在所述第一蝕刻步驟中,保留所述第一區域的所述第一氧化矽膜的殘留層, 在所述第二蝕刻步驟中,對所述第一區域的所述第一氧化矽膜的殘留層、所述氮化矽膜及所述第二氧化矽膜統一進行蝕刻,且所述第二區域的所述第二氮化矽膜作為蝕刻停止層起作用。
  3. 一種基板處理方法,是對以下基板進行處理的方法,所述基板在作為蝕刻對象的第一區域依序從最外側開始堆疊開始包括第一氧化矽膜、第一氮化矽膜及第二氧化矽膜的膜並且在作為非蝕刻對象的第二區域從最外側開始堆疊包括第三氧化矽膜及第二氮化矽膜的膜,所述方法包括: 第一蝕刻步驟,對所述第一區域的所述第一氧化矽膜及所述第二區域的所述第三氧化矽膜進行蝕刻;以及 第二蝕刻步驟,在比所述第一蝕刻步驟高的溫度下對所述第一區域的所述第一氮化矽膜及所述第二氧化矽膜進行蝕刻, 在所述第一蝕刻步驟中,保留所述第一區域的所述第一氧化矽膜的殘留層,並使所述第二區域的所述第二氮化矽膜暴露出, 在所述第二蝕刻步驟中,對所述第一區域的所述第一氧化矽膜的殘留層、所述氮化矽膜及所述第二氧化矽膜統一進行蝕刻,且所述第二區域的所述第二氮化矽膜作為蝕刻停止層起作用。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的基板處理方法,其中, 所述第一蝕刻步驟及所述第二蝕刻步驟在同一腔室內執行。
  5. 如請求項1至3中任一項所述的基板處理方法,其中, 執行所述第一蝕刻步驟,直到所述第一氧化矽膜的殘留層的厚度小於在與應用於所述第二蝕刻步驟的條件相同的條件下對所述第一氧化矽膜進行一次蝕刻時能夠移除的最大厚度時為止。
  6. 如請求項1至3中任一項所述的基板處理方法,其中, 所述第二蝕刻步驟利用乾式蝕刻方式執行,所述乾式蝕刻方式是將包含氟化氫氣體及氨氣的混合氣體或者包含三氟化氮氣體及氨氣或氫氣的混合氣體電漿化並將其用作蝕刻氣體。
  7. 如請求項1至3中任一項所述的基板處理方法,其中, 所述第二蝕刻步驟重複執行多次由蝕刻與加熱組成的單位循環。
  8. 如請求項7所述的基板處理方法,其中, 在所述第二蝕刻步驟之後,進一步包括最終加熱使基板溫度達到200℃至250℃的步驟。
  9. 如請求項2或3所述的基板處理方法,其中, 所述第二蝕刻步驟在60℃以上的溫度下執行。
  10. 一種基板處理方法,是對以下基板進行處理的方法,所述基板在作為蝕刻對象的第一區域依序從最外側開始堆疊包括第一氮化矽膜、氧化矽膜的膜並且在作為非蝕刻對象的第二區域從最外側開始堆疊包括第二氮化矽膜的一個以上的膜,其中包括: 犧牲膜形成步驟,在所述第一區域的所述第一氮化矽膜上形成犧牲氧化矽膜;以及 蝕刻步驟,對所述第一區域的所述第一氮化矽膜及所述氧化矽膜進行蝕刻, 在所述蝕刻步驟中,對所述第一區域的所述犧牲氧化矽膜、所述第一氮化矽膜及所述氧化矽膜統一進行蝕刻,且所述第二區域的所述第二氮化矽膜作為蝕刻停止層起作用。
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