TWI836713B - 基板處理方法 - Google Patents
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Abstract
根據本發明的基板處理方法是對包括氧化矽層與氮化矽層交替疊層的ONO堆疊的基板進行處理的方法，其特徵在於包括以下步驟：（a）對所述ONO堆疊的氮化矽層進行一次乾式蝕刻；（b）生成氧自由基，利用氧自由基對所述ONO堆疊的氧化矽層進行處理；以及（c）對所述ONO堆疊的氮化矽層進行二次乾式蝕刻。
Description
本發明涉及一種對包括氧化矽層與氮化矽層交替疊層的氧化物-氮化物-氧化物（Oxide-Nitride-Oxide，ONO）堆疊的基板進行處理的方法。更具體來說，涉及一種在ONO堆疊中對氮化物層選擇性地進行乾式蝕刻的方法。
在製造半導體元件時存在在基板上形成氧化矽層與氮化矽層交替疊層的ONO堆疊（stack）的情況。為了在ONO堆疊中對氮化矽層選擇性地進行蝕刻，應應用具有比氧化矽層高的蝕刻選擇比的蝕刻劑。
在乾式蝕刻製程中，為對氮化矽層選擇性地進行蝕刻，主要使用四氟化碳（CF
4）、三氟化氮（NF
3）等作為蝕刻氣體。另一方面，在進行氮化矽乾式蝕刻時不太使用單氟甲烷（CH
3F）或二氟甲烷（CH
2F
2）等含有氫的蝕刻氣體，這是因為在將蝕刻氣體等離子體化時生成由氫自由基形成的厚的聚合物膜。這種厚的聚合物膜使氮化矽膜的蝕刻率下降。
另一方面，近來ONO堆疊的層數變高，達到200層～300層。在這種情況，存在以下問題點：與表面相鄰的氮化矽層（即，處於ONO堆疊的上端的氮化物層）被快速地蝕刻，相反，與基板相鄰的氮化矽層（即，處於ONO堆疊的下端的氮化物層）的蝕刻效率下降。另外，在對氮化矽層進行選擇性蝕刻期間，存在氧化矽層的一部分消失或者氧化矽層的厚度變薄等氧化矽層受到損傷的問題點。
[發明所要解決的問題]
本發明欲解決的課題是提供一種在ONO堆疊中對氮化矽層選擇性地進行蝕刻時可減少或抑制氧化矽層的損傷的基板處理方法。
另外，本發明欲解決的課題是提供一種可對ONO堆疊的蝕刻輪廓進行調節的基板處理方法。
[解決問題的技術手段]
用於解決所述課題的根據本發明實施例的基板處理方法是對包括氧化矽層與氮化矽層交替疊層的ONO堆疊的基板進行處理的方法，其特徵在於包括以下步驟：（a）對所述ONO堆疊的氮化矽層進行一次乾式蝕刻；（b）生成氧自由基，利用氧自由基對所述ONO堆疊的氧化矽層進行處理；以及（c）對所述ONO堆疊的氮化矽層進行二次乾式蝕刻。
如上所述，在根據本發明的基板處理方法中，在所述一次乾式蝕刻步驟與所述二次乾式蝕刻步驟之間包括氧自由基處理步驟。即，在本發明中，在一次蝕刻步驟之後，並非馬上進行二次蝕刻步驟，而是在一次蝕刻步驟之後通過利用氧自由基對基板進行處理並對ONO堆疊的氧化物層進行鈍化（passivation），從而可減少或抑制ONO堆疊的氧化物層損傷。
所述氧自由基可由選自O
2、O
3、N
2O、NO、N
2O
2及H
2O的源生成。
所述（b）步驟可利用在遠端等離子體系統中生成的氧自由基。
在所述（a）步驟及（c）步驟中將多種氣體等離子體化以對所述氮化矽層進行蝕刻，且所述多種氣體可包括除三氟化氮（NF
3）以外的含有氟的第一氣體及含有氫的第二氣體。
所述多種氣體中所包含的氟與氫的原子比（F:H）可為15:1以上且小於22.5:1。作為另一例，所述多種氣體中所包含的氟與氫的原子比（F:H）可為22.5:1以上且35:1以下。
為了實現所述多種氣體的等離子體化，可利用具有15 MHz以上且小於60 MHz的射頻（radio frequency，RF）頻率的高頻率功率。
用於解決所述課題的根據本發明另一實施例的基板處理方法是對包括氧化矽層與氮化矽層交替疊層的ONO堆疊的基板進行處理的方法，其特徵在於包括以下步驟：（a）對所述ONO堆疊的氮化矽層進行m次（m為2以上的自然數）乾式蝕刻；以及（b）對所述ONO堆疊的氮化矽層進行n次（n為2以上的自然數）乾式蝕刻，所述（a）步驟及所述（b）步驟包括一次以上的氧自由基處理步驟，所述氧自由基處理步驟為在乾式蝕刻與乾式蝕刻之間利用氧自由基對所述ONO堆疊的氧化矽層進行處理。
所述氧自由基可選自O
2、O
3、N
2O、NO、N
2O
2及H
2O。
所述氧自由基處理步驟可利用在遠端等離子體系統中生成的氧自由基。
在執行所述（a）步驟後，可從製程腔室中卸載所述基板，並對所述製程腔室進行清潔。
所述清潔可利用氧自由基執行。
在進行所述清潔時應用的氧自由基與在所述（a）步驟及所述（b）步驟中應用的氧自由基相比可在更高的RF功率條件下產生。
所述（a）步驟及（b）步驟各自的乾式蝕刻將多種氣體等離子體化以對所述氮化矽層進行蝕刻，且所述多種氣體可包括除三氟化氮（NF
3）以外的含有氟的第一氣體及含有氫的第二氣體。
所述多種氣體中所包含的氟與氫的原子比（F:H）可為15:1以上且小於22.5:1。作為另一例，所述多種氣體中所包含的氟與氫的原子比（F:H）可為22.5:1以上且35:1以下。
為了實現所述多種氣體的等離子體化，可利用具有15 MHz以上且小於60 MHz的RF頻率的高頻率功率。
[發明的效果]
在根據本發明的基板處理方法中，在一次乾式蝕刻步驟與二次乾式蝕刻步驟之間包括氧自由基處理步驟。即，在本發明中，在一次蝕刻步驟之後，並非馬上進行二次蝕刻步驟，而是在一次蝕刻步驟之後通過利用氧自由基對基板進行處理，從而可獲得對氧化物層的鈍化效果，因此，在進行後續氮化物層乾式蝕刻時，可減少或抑制氧化物層損傷。這是因為由於施加氧自由基而矽層的表面在熱力學上變得穩定化。
另外，在根據本發明的基板處理方法中，在進行整體蝕刻迴圈中的一部分後，在從製程腔室卸載基板後，可對所述製程腔室內部進行清潔。利用氧自由基對製程腔室進行清潔，從而可去除堆積在製程腔室壁的氟。
另外，在根據本發明的基板處理方法中，通過對用於對ONO堆疊的氮化物層選擇性地進行蝕刻的多種氣體中所包含的氟與氫的原子比進行控制，從而可對ONO堆疊的蝕刻輪廓進行控制。
參照附圖以及以下詳細描述的實施例，本發明的優點及特徵、以及達成其等的方法將變得明確。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形態實現。
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。
根據本發明的基板處理方法在基座上裝載有基板的製程腔室中執行。在基板上形成氧化矽層與氮化矽層交替疊層的氧化物-氮化物-氧化物（Oxide-Nitride-Oxide，ONO）堆疊。例如，ONO堆疊可具有氧化矽層與氮化矽層疊層數次、數十次、甚至疊層200層～300層的結構。如圖1至圖3所示，ONO堆疊可例示性地由9個層的氧化矽層及8個層的氮化矽層形成。
根據本發明的對形成有ONO堆疊的基板進行處理的方法的特徵在於包括一次蝕刻步驟及二次蝕刻步驟，且在一次蝕刻步驟與二次蝕刻步驟之間包括氧自由基施加步驟。即，在本發明中，在一次蝕刻之後，並非馬上進行二次蝕刻，而是在一次蝕刻之後執行氧自由基處理步驟，然後進行二次蝕刻。
更具體來說，根據本發明的基板處理方法包括以下步驟：對ONO堆疊的氮化矽層進行m次（m為2以上的自然數）乾式蝕刻；以及對ONO堆疊的氮化矽層進行n次（n為2以上的自然數）乾式蝕刻，且在m次乾式蝕刻中所包含的任一干式蝕刻與後續乾式蝕刻之間、及/或n次乾式蝕刻中所包含的任一干式蝕刻與後續乾式蝕刻之間、及/或m次乾式蝕刻中的最後一次乾式蝕刻與n次乾式蝕刻中的第一次乾式蝕刻之間包括氧自由基處理步驟。
如上所述，在後續蝕刻之前，通過氧自由基處理可獲得對氧化物層的鈍化效果，因此，在進行後續蝕刻時，可減少氧化物層的損傷。這被認為是因為由於氧自由基處理而ONO堆疊的矽層的表面在熱力學上變得穩定化。
氧自由基代表性地可由O
2源生成。作為另一例，氧自由基可由包含氧原子的其他源、例如選自O
2、O
3、N
2O、NO、N
2O
2及H
2O的源生成。
氧自由基處理可利用在進行蝕刻的製程腔室內部將包含氧原子的源等離子體化而產生的氧自由基。優選為，氧自由基可利用在遠端等離子體系統中生成的氧自由基。在利用在遠端等離子體系統中生成的氧自由基的情況，具有即使不改變進行蝕刻的製程腔室內部的RF功率等等離子體產生條件亦可產生氧自由基的優點。
用於在製程腔室內部或遠端等離子體系統中從氧生成氧自由基的條件可應用15 MHz～50 MHz的RF頻率、500 W～2500 W的RF功率、電容性耦合等離子體（Capacitively Coupled Plasma，CCP）模式的RF條件。另外，可利用1000 sccm～3000 sccm的氧（O
2）氣作為反應氣體，且可一同利用50 sccm～1000 sccm的氬氣。
氧自由基處理時間可為10秒～120秒。另外，在進行氧自由基處理時，可提出0.3托（Torr）～10托的製程壓力、0～50℃的基座表面溫度等，但不限定於此，可應用公知的各種製程條件。
第一蝕刻步驟及二次蝕刻步驟與氧自由基處理步驟可以原位（in-situ）方式進行。將氧化矽層與氮化矽層交替疊層的基板裝載到製程腔室，且在對氮化膜進行迴圈蝕刻（例如60次）後從製程腔室卸載基板，以便蝕刻進行到期望的水準及/或垂直方向深度。
此處，迴圈蝕刻在中間追加氧自由基處理步驟。在所有的蝕刻步驟之間可包括氧自由基處理步驟。作為另一例，也可應用如每幾次蝕刻實施一次氧自由基處理般的方式。例如，可以蝕刻1-氧自由基處理-蝕刻2-氧自由基處理-蝕刻3-氧自由基處理-蝕刻4-…來進行。作為另一例，可以蝕刻1、蝕刻2、蝕刻3-氧自由基處理-蝕刻4、蝕刻5、蝕刻6-氧自由基處理-蝕刻7、蝕刻8、蝕刻9…的順序來進行。
作為另一例，所述第一蝕刻步驟及二次蝕刻步驟與所述氧自由基處理步驟可以非原位（ex-situ）方式進行。此情形可包括在一次蝕刻後從製程腔室卸載基板並對所述製程腔室進行清潔的步驟。二次蝕刻可在進行一次蝕刻的製程腔室或另外的製程腔室中執行。
在非原位方式中，在將第一個基板裝載到製程腔室並對氮化物層進行到固定深度後，迴圈蝕刻（例如20次）中間包括氧自由基處理，從製程腔室中卸載基板並以待機狀態移送（到負載鎖定製程腔室或裝載埠（load pot））且暴露於大氣中，在此期間利用氧自由基對製程腔室進行清潔並去除堆積在製程腔室壁的氟。之後，與將第一個基板再次投入到製程腔室相比，不如在將第二個基板投入到製程腔室後進行迴圈蝕刻直到達成固定深度，且依序按照期望的次數（例如3次*20=60迴圈）對期望張數的基板（例如25張晶片）進行處理。
在基板被卸載的狀態下，在用於去除在製程腔室內壁殘留的氟成分的清潔步驟中通常使用氮等離子體，但本發明考慮到在製程腔室內殘留的氟作為碳聚合物殘留這一點，利用去除效率高的氧自由基來去除在製程腔室內壁存在的殘留氟成分。
在原位方式的情況，存在氟成分堆積在製程腔室壁而以後作為顆粒落下來的問題，但非原位方式可解決這種問題。在非原位方式的情況，除了去除在製程腔室中堆積的氟的清洗概念之外，在進行製程後，在基板暴露於大氣且待機期間，基板溫度與製程腔室內部氣氛為與進行製程前的氣氛相同的狀態，從而與原位方式相比具有可保持製程初期氣氛的優點。另外，在非原位方式的情況，在從製程腔室卸載基板並暴露於大氣中期間與空氣中所包含的氧進行反應，從而具有可獲得更高的鈍化效果的優點。
最終，在非原位方式的情況，與原位相比，儘管存在產量（throughput）損害，但可表現出如上所述的很多技術性優點。
另一方面，在裝載有基板的狀態下蝕刻迴圈中間的氧自由基產生條件與在基板被卸載的狀態下用於製程腔室清潔的氧自由基處理條件彼此不同。在進行蝕刻迴圈中間的氧自由基處理時，將用於產生氧自由基的RF功率控制得高以使鈍化效果在圖案內部充分地產生，相比之下，在進行用於製程腔室清潔的氧自由基處理時，為了減少等離子體對製程腔室部件的損壞且完全去除殘留的氟，將RF功率控制得相對低，同時可使自由基處理時間相對變長。
在根據本發明的基板處理方法中，在一次蝕刻步驟及二次蝕刻步驟中將多種氣體供給到製程腔室內並對氮化矽層選擇性地進行蝕刻。以下，對一次蝕刻步驟及二次蝕刻步驟詳細地進行說明。
首先，為了進行對氮化矽層的選擇性蝕刻，在本發明中將多種氣體供給到製程腔室內。多種氣體包含含有氟（F）的第一氣體及含有氫（H）的第二氣體。
另一方面，在本發明中優選為從第一氣體排除三氟化氮（NF
3）。三氟化氮（NF
3）由於不僅對氮化矽層進行蝕刻，而且在一定程度上也對氧化矽層進行蝕刻，因此優選為盡可能從用於對氮化矽層進行選擇性蝕刻的多種氣體中排除。
在本發明中，第一氣體及第二氣體在製程腔室內部、例如噴頭內部被等離子體化。
作為用於進行等離子體蝕刻的製程條件，優選為利用蝕刻裝置的RF電源對噴頭施加具有15 MHz以上且小於60 MHz的RF頻率的高頻功率，且更優選為15 MHz～50 MHz的RF頻率。在RF頻率為如13.56 MHz般小於15 MHz的情況，多種氣體的等離子體化、分解效率低，且因此大部分蝕刻自由基在上部側的氮化矽層中被消耗。因此，在RF頻率小於15 MHz的情況，由於下部側的氮化矽層的蝕刻難以順利進行，且因上部側的氮化矽層的過蝕刻而可能產生如圖案崩塌等損壞，因此優選為RF頻率為15 MHz以上。另一方面，在RF頻率為如60 MHz、67.8 MHz般60 MHz以上的情況，因過度的離子化、分解效率而即使通過調節其他製程條件也可能難以獲得期望的蝕刻輪廓。
另外，在本發明中使用的等離子體模式在電感性耦合等離子體（Inductively Coupled Plasma，ICP）模式或電容性耦合等離子體（Capacitively Coupled Plasma，CCP）模式中更優選為CCP模式。這是因為在CCP模式的情況，由於與ICP模式相比均勻性優異，因此在大容量基板處理中器件可具有更均勻的製程結果。
除此之外，作為用於進行等離子體蝕刻的製程條件，可提出700 W～2500 W的RF功率、0.3托（Torr）～10托的製程壓力、0～50℃的基座表面溫度等，但並非限定於此，且可應用公知的各種製程條件。
所述多種氣體中所包含的氟與氫的原子比（F:H）優選為15:1～35:1。氟與氫的原子比（F:H）可通過對含氟氣體與含氫氣體的流量進行控制來達成。
在氟與氫的原子比（F:H）小於15:1的情況，存在過多的氫，由等離子體生成的聚合物膜在氧化矽層及氮化矽層表面形成得厚，因此氮化矽層的蝕刻率可能大大下降。相反，在氟與氫的原子比（F:H）超過35:1的情況，因氫不足而使聚合物膜形成得過薄，因此氧化矽膜的蝕刻率也變高，因而可能對圖案造成損壞。
所述第一氣體可為四氟化碳（CF
4）。所述第二氣體可為選自二氟甲烷（CH
2F
2）、單氟甲烷（CH
3F）、甲烷（CH
4）、氫（H
2）、氨（NH
3）及三氟甲烷（CHF
3）中的一種以上。更優選為第一氣體為四氟化碳（CF
4），且第二氣體為二氟甲烷（CH
2F
2）。第一氣體的流量可確定為約800 sccm以下，且第二氣體的流量可確定為200 sccm以下，但不限定於此。
另一方面，多種氣體可額外包含氮及氧。氮結合成NO並有助於對氮化矽層進行蝕刻。另外，氧有助於去除製程副產物。氮可以例如2000 sccm以下的流量供給到製程腔室內，且氧可以例如3000 sccm以下的流量供給到製程腔室內。
在對氮化矽層進行選擇性蝕刻之後，在蝕刻過程中可執行去除在氮化矽層表面形成的凝縮膜的熱處理。熱處理可在80℃～300℃的溫度範圍內執行。
氧自由基施加效果
在圖1中示出在不進行氧自由基處理的情況下進行氮化矽層蝕刻的結果。在圖1至圖3中，Sub是指矽基板，O是指氧化矽層，N是指氮化矽層。
圖1示出從最上部的氮化矽層向最下部的氮化矽層以逐漸減小的蝕刻率進行蝕刻的例子。參照圖1，可看出以下結果：最上部的氮化矽層快速地被蝕刻，相反，最下部的氮化矽層最慢地被蝕刻。另外，根據圖1，可看出氧化矽層不期望地受到損傷。
在圖2、圖3中示出在蝕刻中間進行氧自由基處理與氮化矽層蝕刻的結果。
圖2示出以下例子：從最上部的氮化矽層向厚度方向中間部的氮化矽層以逐漸增加的蝕刻率進行蝕刻，且從厚度方向中間部的氮化矽層向最下部的氮化矽層以逐漸減小的蝕刻率進行蝕刻。可看出以下結果：中間部的氮化矽層快速地被蝕刻，相反，最下部的氮化矽層相對慢地、而且最上部的氮化矽層最慢地被蝕刻。
圖3示出從最上部的氮化矽層向最下部的氮化矽層以逐漸增加的蝕刻率進行蝕刻的例子。可看出以下結果：最下部的氮化矽層快速地被蝕刻，相反，最上部的氮化矽層最慢地被蝕刻。
另外，根據圖2、圖3，可看出幾乎不發生不期望的氧化矽層的損傷。
圖4相對地示出根據氧自由基處理時間及功率的最上部氮化矽層的蝕刻深度（T）、中間部氮化矽層的蝕刻深度（C）及最下部氮化矽層的蝕刻深度（B）相對於最上部氮化矽層的蝕刻深度（T）。每次12秒，共蝕刻4次（×4 12"）。
參照圖4的左側可看出，在蝕刻與蝕刻之間包括40秒（40"）氧自由基處理的情況，與不包括氧自由基處理的參考（reference，Ref.）相比，中間部氮化矽層的蝕刻進行得快，以及在包括80秒（80"）氧自由基處理的情況，最下部氮化矽層的蝕刻進行得快。
參照圖4的右側可看出，利用功率為1700 W的氧自由基處理，中間部及最下部的蝕刻深度相對大。
另外，關於在無圖案晶片（Non Pattern Wafer，NPW）中不進行氧自由基處理的情況與包括40秒氧自由基處理的情況，對均勻度、氧化膜蝕刻選擇比及蝕刻率進行評估並示出於表1。
[表1]
| NPW過程結果 | ||
| 參考（Ref.） | 氧化（40"） | |
| 均勻度 | 4.3% | 4.3% |
| 蝕刻選擇比（氧化膜） | 20.6 | 33.6 |
| 蝕刻率（Å/s） | 7.5 | 7.2 |
參照表1，均勻度（Unif.）及蝕刻率（E/R）的差異不大，但對氧化膜（Tox）的蝕刻選擇比（Sel.）的差異顯著，且此情形可看出在蝕刻步驟中間包括的氧自由基處理的效果。
在本發明中，如上所述蝕刻氣體中包含含有氫的氣體及含有氟的氣體，且通過調節氟與氫的原子比來調節蝕刻輪廓。另外，在本發明中，在蝕刻中間通過氧自由基處理調節蝕刻輪廓的同時，獲得對氧化矽層的鈍化效果。
ONO堆疊的蝕刻輪廓控制
使用四氟化碳（CF
4）與二氟甲烷（CH
2F
2）作為在ONO堆疊中對氮化矽層選擇性地進行蝕刻的蝕刻氣體，且以表2的氟與氫的原子比（F:H）控制流量。除此之外，應用如下所示的製程條件。
-RF電源的RF頻率：27.12 MHz
-RF電源的RF功率：1000 W
-等離子體模式：CCP模式
-腔室內部壓力1托
-基座表面溫度：室溫
表2示出表示根據氟與氫的原子比（F:H）的SiN蝕刻率、SiO
2蝕刻率及最上部的氮化矽層對最下部的氮化矽層的蝕刻率的T/B比率。
在表2中，SiN蝕刻率及SiO
2蝕刻率是通過非圖案晶片製程結果獲得的值。
而且，T/B比率表示最上部的氮化矽層對最下部的氮化矽層的蝕刻率。在T/B比率為1的情況，最下部的氮化矽層與最上部的氮化矽層的蝕刻率相同。在T/B比率大於1的情況，最上部的氮化矽層比最下部的氮化矽層被蝕刻得更多。相反，在T/B比率小於1的情況，最下部的氮化矽層比最上部的氮化矽層被蝕刻得更多。
[表2]
| F:H （原子比） | SiN蝕刻率 （Å/s） | SiO 2蝕刻率 （Å/s） | T/B比率 |
| 12:1 | 最下部SiN層未被蝕刻 | ∞ | |
| 15:1 | 4.0 | 0.04 | 2.6 |
| 18:1 | 4.1 | 0.04 | 2.3 |
| 22.5:1 | 4.2 | 0.04 | 1.0 |
| 25:1 | 4.2 | 0.04 | 0.75 |
| 30:1 | 4.3 | 0.04 | 0.55 |
| 35:1 | 4.4 | 0.05 | 0.75 |
| 38:1 | 產生圖案崩塌 | 0.9 |
參照表2可看出，在氟與氫的原子比（F:H）不到15:1的情況，幾乎不進行最下部的氮化矽層的蝕刻。氟與氫的原子比（F:H）不到15:1的情形是指與其他例子相比氫比率相對高。由於氫比率非常高，因此在進行等離子體蝕刻時來源於等離子體的聚合物膜在氧化矽層及氮化矽層表面形成得非常厚，因此氮化矽層看起來幾乎未被蝕刻。因此，氟與氫的原子比（F:H）優選為15:1以上。
另外，參照表1可看出，在氟與氫的原子比（F:H）超過35:1的情況，產生圖案崩塌。觀察到由於氫比率非常低，聚合物膜在氧化矽層及氮化矽層表面形成得薄，因此氧化矽層的蝕刻量也大大增加，從而產生圖案崩塌。因此，氟與氫的原子比（F:H）優選為35:1以下。
圖5示出根據蝕刻氣體中所包含的氟與氫的原子比的ONO堆疊的最上部氮化矽層與最下部氮化矽層的相對蝕刻率。
參照表2及圖5，在氟與氫的原子比（F:H）為15:1的情況，表示最上部的氮化矽層對最下部的氮化矽層的蝕刻率的T/B比率顯示為約2.6，且在氟與氫的原子比（F:H）為18:1的情況，T/B比率顯示為約2.3。此情形在需要越向最下部的氮化矽層蝕刻率相對逐漸下降時可有用。
另外，在氟與氫的原子比（F:H）為22.5:1的情況，T/B比率顯示為約1.0，且此情形在需要使最上部的氮化矽層與最下部的氮化矽層的蝕刻率大體上均一時可有用。
另外，在氟與氫的原子比（F:H）為25:1、30:1、35:1的情況，T/B比率顯示為小於1.0，且此情形在需要越向最下部的氮化矽層蝕刻率逐漸升高時可有用。
另外，可看出氟與氫的原子比（F:H）從22.5:1變高到30:1時T/B比率變低，但氟與氫的原子比（F:H）從30:1變高到35:1時T/B比率反而增加。
如上所述，利用根據本發明的基板處理方法，可獲得以下效果：可進行相對於氧化矽層的氮化矽層的選擇性蝕刻，且通過對蝕刻氣體中所包含的氟與氫的原子比進行控制也可對形成在基板上的氮化矽層的蝕刻輪廓進行調節。
特別是，通過將氟與氫的原子比（F:H）控制為22.5:1以上且35:1以下，在多層的氮化矽層中可從最上部的氮化矽層到最下部的氮化矽層均勻地進行蝕刻，或者從最上部的氮化矽層越向最下部的氮化矽層逐漸蝕刻得更多，從而可控制蝕刻輪廓。
另一方面，即使在將RF頻率固定為50 MHz時，通過將氟與氫的原子比（F:H）調節為15:1～35:1，也可獲得與表2相似的T/B比率結果。
相反，在將RF頻率固定為60 MHz時，即使以各種RF功率及壓力對製程配方進行變更，也無法對氮化矽層的厚度方向輪廓進行調節。這是源於在進行等離子體蝕刻時離子化、分解效率過大。因此，從這種結果可看出適用于根據本發明的基板處理方法的RF頻率更優選為小於60 MHz。
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準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權利要求書來判斷。
N:氮化矽層
O:氧化矽層
Sub:矽基板
圖1示出在不進行氧自由基處理的情況下進行氮化矽層蝕刻的結果。
圖2及圖3示出在蝕刻中間進行氧自由基處理與氮化矽層蝕刻的結果。
圖4相對地示出根據氧自由基處理時間及功率最上部氮化矽層的蝕刻深度、中間部氮化矽層的蝕刻深度及最下部氮化矽層的蝕刻深度相對於最上部氮化矽層的蝕刻深度。
圖5示出根據蝕刻氣體中所包含的氟與氫的原子比的ONO堆疊的最上部氮化矽層與最下部氮化矽層的相對蝕刻率。
N:氮化矽層
O:氧化矽層
Sub:矽基板
Claims (11)
- 一種基板處理方法，是對包括氧化矽層與氮化矽層交替疊層的ONO堆疊的基板進行處理的方法，其中包括以下步驟：(a)對所述ONO堆疊的氮化矽層進行一次乾式蝕刻；(b)經過所述(a)步驟後，生成氧自由基，利用氧自由基對所述ONO堆疊的氧化矽層進行鈍化；以及(c)對所述ONO堆疊的氮化矽層進行二次乾式蝕刻，所述(a)步驟及所述(c)步驟各自的乾式蝕刻將多種氣體等離子體化以對所述氮化矽層進行蝕刻，且所述多種氣體包括除三氟化氮(NF3)以外的含有氟的第一氣體及含有氫的第二氣體。
- 如請求項1所述的基板處理方法，其中，所述氧自由基由選自O2、O3、N2O、NO、N2O2及H2O的源生成。
- 如請求項1所述的基板處理方法，其中，所述(b)步驟利用在遠端等離子體系統中生成的氧自由基。
- 一種基板處理方法，是對包括氧化矽層與氮化矽層交替疊層的ONO堆疊的基板進行處理的方法，其中包括以下步驟：(a)對所述ONO堆疊的氮化矽層進行m次(m為2以上的自然數)乾式蝕刻；(b)對所述ONO堆疊的氮化矽層進行n次(n為2以上的自然數)乾式蝕刻， 所述(a)步驟及所述(b)步驟包括一次以上的氧自由基處理步驟，所述氧自由基處理步驟為在乾式蝕刻與乾式蝕刻之間利用氧自由基對所述ONO堆疊的氧化矽層進行鈍化，所述(a)步驟及所述(b)步驟各自的乾式蝕刻將多種氣體等離子體化以對所述氮化矽層進行蝕刻，且所述多種氣體包括除三氟化氮(NF3)以外的含有氟的第一氣體及含有氫的第二氣體。
- 如請求項4所述的基板處理方法，其中，所述氧自由基處理步驟利用在遠端等離子體系統中生成的氧自由基。
- 如請求項4所述的基板處理方法，其中，在執行所述(a)步驟後，從製程腔室中卸載所述基板，並對所述製程腔室進行清潔。
- 如請求項6所述的基板處理方法，其中，所述清潔利用氧自由基執行。
- 如請求項7所述的基板處理方法，其中，在進行所述清潔時應用的氧自由基與在所述(a)步驟及所述(b)步驟中應用的氧自由基相比在更高的射頻功率條件下產生。
- 一種基板處理方法，是對包括氧化矽層與氮化矽層交替疊層的ONO堆疊的基板進行處理的方法，其中包括以下步驟：(a)對所述ONO堆疊的氮化矽層進行m次(m為2以上的自然數)乾式蝕刻； (b)對所述ONO堆疊的氮化矽層進行n次(n為2以上的自然數)乾式蝕刻，所述(a)步驟及所述(b)步驟包括一次以上的氧自由基處理步驟，所述氧自由基處理步驟為在乾式蝕刻與乾式蝕刻之間利用氧自由基對所述ONO堆疊的氧化矽層進行鈍化，所述(a)步驟及所述(b)步驟各自的乾式蝕刻將多種氣體等離子體化以對所述氮化矽層進行蝕刻，且所述多種氣體包括除三氟化氮(NF3)以外的含有氟的第一氣體及含有氫的第二氣體，所述多種氣體中所包含的氟與氫的原子比(F：H)為15：1以上且小於22.5：1。
- 一種基板處理方法，是對包括氧化矽層與氮化矽層交替疊層的ONO堆疊的基板進行處理的方法，其中包括以下步驟：(a)對所述ONO堆疊的氮化矽層進行m次(m為2以上的自然數)乾式蝕刻；(b)對所述ONO堆疊的氮化矽層進行n次(n為2以上的自然數)乾式蝕刻，所述(a)步驟及所述(b)步驟包括一次以上的氧自由基處理步驟，所述氧自由基處理步驟為在乾式蝕刻與乾式蝕刻之間利用氧自由基對所述ONO堆疊的氧化矽層進行鈍化，所述(a)步驟及所述(b)步驟各自的乾式蝕刻將多種氣體等離子體化以對所述氮化矽層進行蝕刻，且所述多種氣體包括除三氟化氮(NF3)以外的含有氟的第一氣體及含有氫的第二氣體， 所述多種氣體中所包含的氟與氫的原子比(F：H)為22.5：1以上且35：1以下。
- 如請求項9或請求項10所述的基板處理方法，其中，為了實現所述多種氣體的等離子體化，利用具有15MHz以上且小於60MHz的射頻頻率的高頻率功率。
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