WO2021117368A1 - エッチング方法およびエッチング装置 - Google Patents
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Definitions
- the substrate to be etched is not particularly limited, but a semiconductor wafer having a semiconductor substrate such as Si is exemplified.
- the Si-containing material examples include Si, silicon oxide (SiO 2 ), and silicon nitride (SiN). These are typically formed as films. That is, the substrate may have at least one of a Si film, a SiO 2 film, and a SiN film as a Si-containing substance. Further, Si as a Si-containing substance may be the substrate itself.
- the temperature at which step 2 is carried out can be in the range of 50 to 500 ° C, preferably in the range of 50 to 400 ° C.
- the temperature is preferably 50 to 300 ° C
- WF 6 gas is used
- the temperature is preferably 200 to 500 ° C, more preferably 200 to 400 ° C.
- MoF 6 gas is used, a preferable range exists on the lower temperature side.
- Patent Document 1 describes that a tungsten film is selectively etched with respect to a Si-containing film by plasma etching using Cl 2 gas, O 2 gas, and N 2 gas.
- the etching selectivity of the tungsten film with respect to the Si-containing film is about 1.5 to 4, and it is not possible to realize an extremely high etching selectivity of 50 or more, further 450 or more as in the present embodiment. That is, in the present embodiment, the Mo film or the W film can be etched with a high etching selectivity that cannot be reached by the plasma etching of Patent Document 1 by gas etching without using plasma.
- the structure 300 has a laminated portion 210 in which the SiO 2 film 201 and the Mo film 202 are alternately laminated, and a groove (slit) 220 provided in the laminating direction of the laminated portion 210.
- the Mo film 202 is also formed on the inner wall of the slit 220.
- the number of laminated portions 210 is actually about several tens of layers, and the height is about several ⁇ m to 10 ⁇ m.
- a W film may be used instead of the Mo film, but in that case, a barrier film such as a TiN film is required between the SiO 2 film and the W film.
- a barrier film such as an Al 2 O 3 film may be provided between the Mo film and the SiO 2 film.
- SiO 2 another silicon-containing material film such as Si or SiN may be used, or a film other than the silicon-containing material film may be used.
- a seam 221 is present in a portion of the laminated portion 210 of the Mo film 202 (a part of which is a pit larger than the seam). ..
- hexafluoride gas invades into the seam 221 and the seam 221 expands to become a pit 222 larger than the seam, as shown in FIG. .. Also, if there is a pit, hexafluoride gas will enter the pit, resulting in a larger pit.
- FIG. 17 is a flowchart showing another example of the etching method according to the second embodiment.
- a substrate having at least a Mo film or W film and a Si-containing substance and in a state where the Mo film or W film is exposed is provided in the chamber (step 21).
- an oxidation gas and a hexafluoride gas as an etching gas are supplied into the chamber, and the Mo film or W film is selectively etched with respect to the Si-containing substance by the first step and the second step (the first step and the second step).
- Step 22 In the first step, normal etching is performed by supplying an oxidation gas and a hexafluoride gas as an etching gas (step 22-1).
- an oxidation gas and a hexafluoride gas are supplied, and the etching condition is switched to a condition in which oxidation becomes dominant (step 22-2).
- N 2 gas which is an inert gas, if necessary, and then the substrate S is carried out from the chamber 10.
- An inert gas N 2 gas may be used as a diluting gas during etching.
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Abstract
Description
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係るエッチング方法を示すフローチャートである。
第1の実施形態に係るエッチング方法においては、最初に、少なくともモリブデン(Mo)膜またはタングステン(W)膜とシリコン(Si)含有物とを有し、Mo膜またはW膜が露出した状態の基板をチャンバー内に設ける(ステップ1)。次に、チャンバー内に、酸化ガスと、エッチングガスとしての六フッ化物ガスとを供給し、Mo膜またはW膜をSi含有物に対して選択的にエッチングする(ステップ2)。
図10は、第2の実施形態に係るエッチング方法の一例を示すフローチャートである。
本例のエッチング方法においては、最初に、少なくともMo膜またはW膜とSi含有物とを有し、Mo膜またはW膜が露出した状態の基板をチャンバー内に設ける(ステップ11)。次に、チャンバー内に、酸化ガスと、エッチングガスとしての六フッ化物ガスとを供給し、酸化が優位になるような条件でMo膜またはW膜をSi含有物に対して選択的にエッチングする(ステップ12)。
ステップ11において、エッチングに供される基板は、第1の実施形態と同様、特に限定されず、Siのような半導体基体を有する半導体ウエハが例示される。Si含有物も、第1の実施形態と同様、Si、SiO2、SiNを挙げることができ、これらは、Si膜、SiO2膜、SiN膜であってよい。また、Si含有物としてのSiは、基体そのものであってもよい。
例えば、上述した図11の構造の基板においてMo膜202をエッチングする場合、Mo膜202のスリット220の内壁部分および積層部210のスリット220近傍部分では比較的シームが少ない傾向にある。一方、積層部210の奥側の部分ではシームが多い傾向にある。このため、シームが多くなり始める部分を把握しておき、その部分まではエッチングレートを重視する通常の条件でエッチングし、その部分以降を上述したシームの拡張を抑制する条件でエッチングすることが好ましい。
本例のエッチング方法においては、最初に、少なくともMo膜またはW膜とSi含有物とを有し、Mo膜またはW膜が露出した状態の基板をチャンバー内に設ける(ステップ21)。次に、チャンバー内に、酸化ガスと、エッチングガスとしての六フッ化物ガスとを供給し、第1段階および第2段階によりMo膜またはW膜をSi含有物に対して選択的にエッチングする(ステップ22)。第1段階は、酸化ガスと、エッチングガスとしての六フッ化物ガスとを供給して通常のエッチングを行う(ステップ22-1)。第2段階は、酸化ガスと、六フッ化物ガスとを供給し、エッチング条件を酸化が優位になるような条件に切り替えてエッチングを行う(ステップ22-2)。
次に、第1および第2の実施形態に係るエッチング方法を実施するためのエッチング装置の一例について説明する。
図18は、一実施形態に係るエッチング方法を実施するためのエッチング装置の一例を示す断面図である。
次に、実験例について説明する。以下の実験例のうち実験例1~3までは第1の実施形態に関するものであり、実験例4~5は第2の実施形態に関するものである。
ここでは、ベアウエハ上にALDで成膜したMo膜(ALD-Mo膜)を有するサンプル、およびPVDで成膜したMo膜(PVD-Mo膜)を有するサンプルを準備し、エッチング処理を行った。エッチング処理は、酸化ガスとしてO2ガスを用い、六フッ化物ガスとしてWF6ガスを用いて、上記シーケンス1(O2ガスおよびWF6ガスの同時供給)により行った。なお、O2ガスおよびWF6ガスの他に、希釈ガスとしてN2ガスを供給した。その際に、載置台温度を260~400℃、圧力を5~100Torr、O2ガス+WF6ガスに対するWF6ガスの比率を20~90%(WF6:O2=20:80~90:10)で変化させ、各条件でのエッチングレートを求めた。
ここでは、ベアウエハ上にALDで成膜したMo膜(ALD-Mo膜)を有するサンプル、およびPVDで成膜したMo膜(PVD-Mo膜)を有するサンプルを準備し、エッチング処理を行った。エッチング処理は、酸化ガスとしてO2ガスを用い、六フッ化物ガスとしてMoF6ガスを用いて、上記シーケンス1(O2ガスおよびMoF6ガスの同時供給)により行った。なお、O2ガスおよびMoF6ガスの他に、希釈ガスとしてN2ガスを供給した。その際に、載置台温度を50~400℃、圧力を5~100Torr、O2ガス+MoF6ガスに対するMoF6ガスの比率を10~99%(MoF6:O2=10:90~99.9:0.1)で変化させ、エッチング時間を120secとして各条件でのエッチング量を求めた。その結果、ALD-Mo膜およびPVD-Mo膜のエッチング量がいずれも50nmを超えていた。
ここでは、Si基体上に凹部パターンを有するSiO2膜が形成され、その上にバリア膜としてのTiN膜を介してW膜が形成されたウエハサンプルを準備し、エッチング処理を行った。なお、SiO2膜およびTiN膜はCVDにより成膜した。エッチング処理は、酸化ガスとしてO2ガスを用い、六フッ化物ガスとしてWF6ガスを用いて、上記シーケンス1(O2ガスおよびWF6ガスの同時供給)により行った。なお、O2ガスおよびWF6ガスの他に、希釈ガスとしてN2ガスを供給した。条件は、載置台温度200~400℃、圧力1.5~15Torr、O2ガス+WF6ガスに対するWF6ガスの比率を50~70%(WF6:O2=50:50~70:30)とした。
ここでは、図11の構造の基板において、Mo膜202をCVEでエッチングしたときの、積層部210のリセス深さとエッチング面の空孔の割合を求めた。具体的には、Mo膜のスリット220の内壁部分に対し第1の条件で第1段階のエッチングを行い、積層部210の部分に対しそれぞれ異なる第2の条件で第2段階のエッチング(リセス)を行ったケースAおよびケースBについてエッチング面の空孔の割合を求めた。また、比較のため第1の条件のみでエッチングしたケースCについても実験を行った。酸化ガスとしてはO2ガス、エッチングガスとしてはWF6ガスを用いた。また、キャリアガスとしてN2ガスを用いた。エッチングの際のステージ温度はいずれも275~300℃とし、第1段階のエッチングおよび第2段階のエッチングのいずれも上記ガスを同時に供給するCVEでエッチングした。第1の条件は、圧力:50~200Torr、O2ガス流量:300~500sccm、WF6ガス流量:300~500sccmとした。また、第2の条件は、ケースAでは、圧力:10~50Torr、O2ガス流量:550~700sccm、WF6ガス流量:100~250sccmとし、ケースBでは、圧力:10~50Torr、O2ガス流量:700~1000sccm、WF6ガス流量:50~100sccmとした。
ここでは、図11の構造の基板において、Mo膜202をCVEとALEでエッチングしたときの、積層部210のリセス深さとエッチング面の空隙率を求めた。具体的には、Mo膜のスリット220の内壁部分に対し第1の条件でCVEによる第1段階のエッチングを行い、積層部210の部分に対しそれぞれ異なる第2の条件のALEで第2段階のエッチング(リセス)を行ったケースDおよびケースEについて実験を行った。酸化ガスとしてはO2ガス、エッチングガスとしてはWF6ガスを用いた。また、キャリアガスとしてN2ガスを用いた。エッチングの際のステージ温度はいずれも275~300℃とした。第1段階のエッチングの条件は、圧力:70~200Torr、O2ガス流量:300~500sccm、WF6ガス流量:300~500sccmとした。また、第2段階のエッチングの条件は、ケースDでは、酸化段階で、圧力:70~200Torr、O2ガス流量:400~800sccm、時間:360sec、エッチング段階で、圧力:10~70Torr、WF6ガス流量:300~600sccm、時間:15secとした。ケースEでは、エッチング段階の時間を30secとした他はケースDと同じ条件とした。
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
Claims (25)
- 少なくともモリブデン膜またはタングステン膜とシリコン含有物とを有し、前記モリブデン膜または前記タングステン膜が露出した状態の基板をチャンバー内に設ける工程と、
前記チャンバー内に、酸化ガスと、エッチングガスとしての六フッ化物ガスとを供給して前記モリブデン膜または前記タングステン膜を前記シリコン含有物に対して選択的にエッチングする工程と、
を有する、エッチング方法。 - 前記六フッ化物ガスは、MoF6ガス、WF6ガス、SF6ガスから選択された少なくとも一種である、請求項1に記載のエッチング方法。
- 前記酸化ガスは、O2ガス、O3ガス、NOガス、N2Oガスから選択されたものである、請求項1または請求項2に記載のエッチング方法。
- 前記モリブデン膜または前記タングステン膜の、前記シリコン含有物に対するエッチング選択比は50以上である、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記モリブデン膜または前記タングステン膜の、前記シリコン含有物に対するエッチング選択比は450以上である、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記基板は、さらに前記モリブデン膜または前記タングステン膜の下地にバリア膜としてAl2O3膜およびTiN膜の少なくとも一方を含んでおり、前記モリブデン膜またはタングステン膜の、前記Al2O3膜および前記TiN膜の少なくとも一方に対するエッチング選択比は50以上である、請求項4または請求項5に記載のエッチング方法。
- 前記シリコン含有物は、Si膜、SiO2膜、SiN膜の少なくとも一種である、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程における前記チャンバー内の圧力は、133.3~93326Paの範囲である、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程における基板の温度は、50~500℃である、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記六フッ化物ガスがMoF6ガスである場合に、前記エッチングする工程における基板の温度は、50~300℃である、請求項9に記載のエッチング方法。
- 前記六フッ化物ガスがWF6ガスである場合に、前記エッチングする工程における基板の温度は、200~500℃である、請求項9に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程は、酸化が優位になるような条件でモリブデン膜またはタングステン膜をエッチングし、エッチング面の空孔の拡張を抑制する、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程は、前記酸化ガスと前記六フッ化物ガスを同時に供給し、前記酸化ガスと前記六フッ化物ガスの流量比を調整することにより、酸化を優位にする、請求項12に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程は、前記酸化ガスと前記六フッ化物ガスをシーケンシャルに供給し、前記酸化ガスを供給する時間と前記六フッ化物ガスを供給する時間の比を調整することにより、酸化を優位にする、請求項12に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程は、前記チャンバー内に、酸化ガスと、エッチングガスとしての六フッ化物ガスとを供給して前記モリブデン膜または前記タングステン膜をエッチングする第1段階と、前記チャンバー内に、酸化ガスと、エッチングガスとしての六フッ化物ガスとを供給し、酸化が優位になるような条件に切り替えて前記モリブデン膜または前記タングステン膜をエッチングする第2段階とを有する、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記第2段階は、前記酸化ガスと前記六フッ化物ガスを同時に供給し、前記酸化ガスと前記六フッ化物ガスの流量比を調整することにより、酸化を優位にする、請求項15に記載のエッチング方法。
- 前記第2段階は、前記酸化ガスと前記六フッ化物ガスをシーケンシャルに供給し、前記酸化ガスを供給する時間と前記六フッ化物ガスを供給する時間の比を調整することにより、酸化を優位にする、請求項15に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程は、前記酸化ガスと前記六フッ化物ガスとを同時に供給する段階を有する、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程は、前記酸化ガスと前記六フッ化物ガスとを同時に供給する段階に先立って行われる、前記酸化ガスを供給する段階をさらに有する、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程において、前記酸化ガスと前記六フッ化物ガスとを同時に供給する際の前記六フッ化物ガスと前記酸化ガスとの比は、10:90~99.9:0.1の範囲である、請求項18または請求項19に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程は、最初に行われる前記酸化ガスを供給する段階と、引き続き行われる前記酸化ガスを停止して前記六フッ化物ガスを供給する段階と、を有する、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程は、前記酸化ガスを供給する段階と前記六フッ化物ガスを供給する段階とを交互に複数回繰り返す、請求項21に記載のエッチング方法。
- 前記六フッ化物ガスを供給する段階の後に前記チャンバー内を真空排気する段階をさらに有する、請求項21または請求項22に記載のエッチング方法。
- 前記酸化ガスを供給する段階と前記六フッ化物ガスを供給する段階との間に、前記チャンバー内を真空排気する段階をさらに有する、請求項21から請求項23のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 少なくともモリブデン膜またはタングステン膜とシリコン含有物とを有し、前記モリブデン膜または前記タングステン膜が露出した状態の基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内で前記基板を載置する載置台と、
前記チャンバー内に、酸化ガスと、エッチングガスとしての六フッ化物ガスとを供給するガス供給部と、
前記チャンバー内を排気する排気部と、
前記載置台上の基板の温度を調節する温調部と、
制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記モリブデン膜または前記タングステン膜が前記シリコン含有物に対して選択的にエッチングされるように、前記ガス供給部と、前記排気部と、前記温調部とを制御する、エッチング装置。
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