JP2021153170A - Etching method and plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の例示的実施形態は、エッチング方法及びプラズマ処理装置に関するものである。 An exemplary embodiment of the present disclosure relates to an etching method and a plasma processing apparatus.
電子デバイスの製造においては、基板のシリコン含有膜のプラズマエッチングが行われている。シリコン含有膜のプラズマエッチングにおいては、フルオロカーボンガスを含む処理ガスが用いられている。このようなプラズマエッチングについては、下記の特許文献１に記載されている。
In the manufacture of electronic devices, plasma etching of a silicon-containing film on a substrate is performed. In plasma etching of a silicon-containing film, a processing gas containing a fluorocarbon gas is used. Such plasma etching is described in
本開示は、シリコン含有膜のプラズマエッチングにおいて、横方向のエッチングを抑制する技術を提供する。 The present disclosure provides a technique for suppressing lateral etching in plasma etching of a silicon-containing film.
一つの例示的実施形態において、エッチング方法が提供される。エッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に基板を準備する工程を含む。基板は、シリコン含有膜を含む。エッチング方法は、チャンバ内で処理ガスから形成されたプラズマからの化学種によりシリコン含有膜をエッチングする工程を更に含む。処理ガスは、ハロゲン元素及びリンを含む。 In one exemplary embodiment, an etching method is provided. The etching method includes a step of preparing a substrate in a chamber of a plasma processing apparatus. The substrate contains a silicon-containing film. The etching method further includes the step of etching the silicon-containing film with a chemical species from the plasma formed from the processing gas in the chamber. The processing gas contains a halogen element and phosphorus.
一つの例示的実施形態によれば、シリコン含有膜のプラズマエッチングにおいて横方向のエッチングを抑制することが可能となる。 According to one exemplary embodiment, it is possible to suppress lateral etching in plasma etching of a silicon-containing film.
以下、種々の例示的実施形態について説明する。 Hereinafter, various exemplary embodiments will be described.
一つの例示的実施形態において、エッチング方法が提供される。エッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に基板を準備する工程を含む。基板は、シリコン含有膜を含む。エッチング方法は、チャンバ内で処理ガスから形成されたプラズマからの化学種によりシリコン含有膜をエッチングする工程を更に含む。処理ガスは、ハロゲン元素及びリンを含む。 In one exemplary embodiment, an etching method is provided. The etching method includes a step of preparing a substrate in a chamber of a plasma processing apparatus. The substrate contains a silicon-containing film. The etching method further includes the step of etching the silicon-containing film with a chemical species from the plasma formed from the processing gas in the chamber. The processing gas contains a halogen element and phosphorus.
上記実施形態によれば、シリコンと処理ガスに含まれるリンを含む保護膜が、エッチングによってシリコン含有膜に形成された開口を画成する側壁面上に形成される。この保護膜により側壁面が保護されつつ、シリコン含有膜がエッチングされる。したがって、シリコン含有膜のプラズマエッチングにおいて、横方向のエッチングを抑制することが可能となる。 According to the above embodiment, a protective film containing silicon and phosphorus contained in the processing gas is formed on the side wall surface defining the openings formed in the silicon-containing film by etching. The silicon-containing film is etched while the side wall surface is protected by this protective film. Therefore, in plasma etching of the silicon-containing film, it is possible to suppress etching in the lateral direction.
一つの例示的実施形態において、エッチング方法は、エッチングによって形成された開口を画成する側壁面上に保護膜を形成する工程を更に含んでいてもよい。この保護膜は処理ガスに含まれるリンを含む。 In one exemplary embodiment, the etching method may further include forming a protective film on the side wall surface that defines the openings formed by the etching. This protective film contains phosphorus contained in the processing gas.
一つの例示的実施形態において、エッチングする工程と保護膜を形成する工程が同時に発生してもよい。 In one exemplary embodiment, the etching step and the protective film forming step may occur at the same time.
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、リンを含む分子として、ＰＦ３、ＰＣｌ３、ＰＦ５，ＰＣｌ５，ＰＯＣｌ３、ＰＨ３、ＰＢｒ３、又はＰＢｒ５の少なくとも一つを含んでいてもよい。 In one exemplary embodiment, the treatment gas comprises at least one of PF 3 , PCl 3 , PF 5 , PCL 5 , POCl 3 , PH 3 , PBr 3 , or PBr 5 as a phosphorus-containing molecule. May be good.
一つの例示的実施形態において、処理ガスは炭素及び水素を更に含んでいてもよい。 In one exemplary embodiment, the treatment gas may further contain carbon and hydrogen.
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、水素を含む分子として、Ｈ２、ＨＦ、ＣｘＨｙ、ＣＨｘＦｙ、又はＮＨ３の少なくとも一つを含んでいてもよい。ここで、ｘ及びｙの各々は自然数である。 In one exemplary embodiment, the treatment gas may contain at least one of H 2 , HF, C x Hy , CH x F y , or NH 3 as a hydrogen-containing molecule. Here, each of x and y is a natural number.
一つの例示的実施形態において、ハロゲン元素はフッ素であってもよい。 In one exemplary embodiment, the halogen element may be fluorine.
一つの例示的実施形態において、処理ガスは酸素を更に含んでいてもよい。 In one exemplary embodiment, the processing gas may further contain oxygen.
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜はシリコン含有誘電体膜であってもよい。 In one exemplary embodiment, the silicon-containing film may be a silicon-containing dielectric film.
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はシリコン膜の少なくとも一つの膜を含んでいてもよい。 In one exemplary embodiment, the silicon-containing film may include at least one film of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon film.
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜は、互いに異なる膜種を有する二つ以上のシリコン含有膜を含んでいてもよい。 In one exemplary embodiment, the silicon-containing film may include two or more silicon-containing films having different film types from each other.
一つの例示的実施形態において、二つ以上のシリコン含有膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含んでいてもよい。或いは、二つ以上のシリコン含有膜は、シリコン酸化膜及びシリコン膜を含んでいてもよい。或いは、二つ以上のシリコン含有膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン膜を含んでいてもよい。 In one exemplary embodiment, the two or more silicon-containing films may include a silicon oxide film and a silicon nitride film. Alternatively, the two or more silicon-containing films may include a silicon oxide film and a silicon film. Alternatively, the two or more silicon-containing films may include a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon film.
一つの例示的実施形態において、基板は、シリコン含有膜上に設けられたマスクを更に有していてもよい。 In one exemplary embodiment, the substrate may further have a mask provided on the silicon-containing film.
一つの例示的実施形態では、エッチングする工程の開始時において基板の温度が０℃以下の温度に設定されてもよい。 In one exemplary embodiment, the temperature of the substrate may be set to 0 ° C. or lower at the start of the etching process.
別の例示的実施形態においては、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、ガス供給部、及び高周波電源を備える。基板支持器は、チャンバ内において基板を支持するように構成されている。ガス供給部は、シリコン含有膜をエッチングするための処理ガスをチャンバ内に供給するように構成されている。処理ガスは、ハロゲン元素及びリンを含む。高周波電源は、チャンバ内で処理ガスからプラズマを生成するために高周波電力を発生するように構成されている。 In another exemplary embodiment, a plasma processing apparatus is provided. The plasma processing apparatus includes a chamber, a substrate support, a gas supply unit, and a high frequency power supply. The substrate support is configured to support the substrate in the chamber. The gas supply unit is configured to supply a processing gas for etching the silicon-containing film into the chamber. The processing gas contains a halogen element and phosphorus. The high frequency power supply is configured to generate high frequency power to generate plasma from the processing gas in the chamber.
以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。 Hereinafter, various exemplary embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts in each drawing.
図１は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の流れ図である。図１に示すエッチング方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含む。方法ＭＴは、シリコン含有膜を有する基板に適用される。方法ＭＴでは、シリコン含有膜がエッチングされる。 FIG. 1 is a flow chart of an etching method according to one exemplary embodiment. The etching method shown in FIG. 1 (hereinafter referred to as “method MT”) includes steps ST1 and ST2. Method MT is applied to a substrate having a silicon-containing film. In the method MT, the silicon-containing film is etched.
図２は、図１に示すエッチング方法が適用され得る一例の基板の部分拡大断面図である。図２に示す基板Ｗは、ＤＲＡＭ、３Ｄ−ＮＡＮＤのようなデバイスの製造に用いられ得る。基板Ｗは、シリコン含有膜ＳＦを有する。基板Ｗは、下地領域ＵＲを更に有していてもよい。シリコン含有膜ＳＦは、下地領域ＵＲ上に設けられ得る。シリコン含有膜ＳＦは、シリコン含有誘電体膜であり得る。シリコン含有誘電体膜は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を含み得る。シリコン含有誘電体膜は、シリコンを含有する膜であれば、他の膜種を有する膜であってもよい。また、シリコン含有膜ＳＦは、シリコン膜（例えば多結晶シリコン膜）を含んでいてもよい。また、シリコン含有膜ＳＦは、互いに異なる膜種を有する二つ以上のシリコン含有膜を含んでいてもよい。二つ以上のシリコン含有膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含んでいてもよい。シリコン含有膜ＳＦは、例えば、交互に積層された一つ以上のシリコン酸化膜及び一つ以上のシリコン窒化膜を含む多層膜であってもよい。或いは、二つ以上のシリコン含有膜は、シリコン酸化膜及びシリコン膜を含んでいてもよい。シリコン含有膜ＳＦは、例えば、交互に積層された一つ以上のシリコン酸化膜及び一つ以上のシリコン膜を含む多層膜であってもよい。或いは、二つ以上のシリコン含有膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン膜を含んでいてもよい。 FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of an example substrate to which the etching method shown in FIG. 1 can be applied. The substrate W shown in FIG. 2 can be used in the manufacture of devices such as DRAM and 3D-NAND. The substrate W has a silicon-containing film SF. The substrate W may further have a base region UR. The silicon-containing film SF can be provided on the base region UR. The silicon-containing film SF can be a silicon-containing dielectric film. The silicon-containing dielectric film may include a silicon oxide film or a silicon nitride film. The silicon-containing dielectric film may be a film having another film type as long as it is a film containing silicon. Further, the silicon-containing film SF may include a silicon film (for example, a polycrystalline silicon film). Further, the silicon-containing film SF may include two or more silicon-containing films having different film types from each other. The two or more silicon-containing films may include a silicon oxide film and a silicon nitride film. The silicon-containing film SF may be, for example, a multilayer film including one or more silicon oxide films and one or more silicon nitride films laminated alternately. Alternatively, the two or more silicon-containing films may include a silicon oxide film and a silicon film. The silicon-containing film SF may be, for example, a multilayer film containing one or more silicon oxide films and one or more silicon films laminated alternately. Alternatively, the two or more silicon-containing films may include a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon film.
基板Ｗは、マスクＭＫを更に有していてもよい。マスクＭＫは、シリコン含有膜ＳＦ上に設けられている。マスクＭＫは、工程ＳＴ２においてシリコン含有膜ＳＦのエッチングレートよりも低いエッチングレートを有する材料から形成される。マスクＭＫは、有機材料から形成され得る。マスクＭＫは、例えば、アモルファスカーボン膜、フォトレジスト膜、又はＳＯＣ膜（スピンオンカーボン膜）から形成され得る。或いは、マスクＭＫは、窒化チタン、タングステン、炭化タングステンのような金属含有材料から形成された金属含有マスクであってもよい。マスクＭＫは、３μｍ以上の厚みを有し得る。 The substrate W may further have a mask MK. The mask MK is provided on the silicon-containing film SF. The mask MK is formed from a material having an etching rate lower than the etching rate of the silicon-containing film SF in step ST2. The mask MK can be formed from an organic material. The mask MK can be formed from, for example, an amorphous carbon film, a photoresist film, or an SOC film (spin-on carbon film). Alternatively, the mask MK may be a metal-containing mask formed from a metal-containing material such as titanium nitride, tungsten, or tungsten carbide. The mask MK can have a thickness of 3 μm or more.
マスクＭＫは、パターニングされている。即ち、マスクＭＫは、工程ＳＴ２においてシリコン含有膜ＳＦに転写されるパターンを有している。マスクＭＫのパターンがシリコン含有膜ＳＦに転写されると、シリコン含有膜ＳＦにはホール又はトレンチのような開口が形成される。工程ＳＴ２においてシリコン含有膜ＳＦに形成される開口のアスペクト比は２０以上であってよく、４０又は５０以上であってもよい。 The mask MK is patterned. That is, the mask MK has a pattern transferred to the silicon-containing film SF in step ST2. When the pattern of the mask MK is transferred to the silicon-containing film SF, an opening such as a hole or a trench is formed in the silicon-containing film SF. The aspect ratio of the openings formed in the silicon-containing film SF in step ST2 may be 20 or more, and may be 40 or 50 or more.
方法ＭＴでは、シリコン含有膜ＳＦのエッチングのためにプラズマ処理装置が用いられる。図３は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図３に示すプラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備える。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供する。チャンバ１０はチャンバ本体１２を含む。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有する。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成される。チャンバ本体１２の内壁面上には、耐腐食性を有する膜が設けられている。耐腐食性を有する膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムなどのセラミックから形成され得る。
In the method MT, a plasma processing apparatus is used for etching the silicon-containing film SF. FIG. 3 is a diagram schematically showing a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment. The
チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、通路１２ｐを通して内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送される。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉される。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられる。
A
チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成される。支持部１３は、略円筒形状を有する。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、基板支持器１４を支持している。基板支持器１４は、内部空間１０ｓの中で基板Ｗを支持するように構成されている。
A
基板支持器１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有する。基板支持器１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、アルミニウムなどの導体から形成されており、略円盤形状を有する。下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムなどの導体から形成されており、略円盤形状を有する。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。
The substrate support 14 has a lower electrode 18 and an
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。基板Ｗは、静電チャック２０の上面の上に載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有し、誘電体から形成される。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間に静電引力が発生する。基板Ｗは、その静電引力によって静電チャック２０に引き付けられて、静電チャック２０によって保持される。
The
基板支持器１４上には、エッジリング２５が配置される。エッジリング２５は、リング状の部材である。エッジリング２５は、シリコン、炭化シリコン、又は石英などから形成され得る。基板Ｗは、静電チャック２０上、且つ、エッジリング２５によって囲まれた領域内に配置される。
An
下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ１０の外部に設けられているチラーユニットから配管２２ａを介して熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニットに戻される。プラズマ処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。
A
プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン２４が設けられている。ガス供給ライン２４は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を、静電チャック２０の上面と基板Ｗの裏面との間の間隙に供給する。
The
プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備える。上部電極３０は、基板支持器１４の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成される。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。
The
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成する。天板３４は、発生するジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。天板３４は、天板３４をその板厚方向に貫通する複数のガス吐出孔３４ａを有する。
The
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムなどの導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６は、ガス拡散室３６ａから下方に延びる複数のガス孔３６ｂを有する。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
The
ガス供給管３８には、流量制御器群４１及びバルブ群４２を介して、ガスソース群４０が接続されている。流量制御器群４１及びバルブ群４２は、ガス供給部を構成している。ガス供給部は、ガスソース群４０を更に含んでいてもよい。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含む。複数のガスソースは、方法ＭＴで用いられる処理ガスのソースを含む。流量制御器群４１は、複数の流量制御器を含む。流量制御器群４１の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。バルブ群４２は、複数の開閉バルブを含む。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、流量制御器群４１の対応の流量制御器及びバルブ群４２の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。
A
プラズマ処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面及び支持部１３の外周に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２に反応副生物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムなどのセラミックから形成され得る。
In the
支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜（酸化イットリウムなどの膜）を形成することにより構成される。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを含む。
A
プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を備えている。第１の高周波電源６２は、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して、上部電極３０に接続されていてもよい。第１の高周波電源６２は、一例のプラズマ生成部を構成している。
The
第２の高周波電源６４は、第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第２の高周波電力が第１の高周波電力と共に用いられる場合には、第２の高周波電力は基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力として用いられる。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。
The second high
なお、第１の高周波電力を用いずに、第２の高周波電力を用いて、即ち、単一の高周波電力のみを用いてプラズマを生成してもよい。この場合には、第２の高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きな周波数、例えば４０ＭＨｚであってもよい。また、この場合には、プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６２及び整合器６６を備えなくてもよい。この場合には、第２の高周波電源６４は一例のプラズマ生成部を構成する。
It should be noted that the plasma may be generated by using the second high frequency power without using the first high frequency power, that is, by using only a single high frequency power. In this case, the frequency of the second high frequency power may be a frequency larger than 13.56 MHz, for example, 40 MHz. Further, in this case, the
プラズマ処理装置１においてプラズマ処理が行われる場合には、ガスがガス供給部から内部空間１０ｓに供給される。また、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給されることにより、上部電極３０と下部電極１８との間で高周波電界が生成される。生成された高周波電界が内部空間１０ｓの中のガスからプラズマを生成する。
When plasma processing is performed in the
プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリなどの記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、プロセッサによって実行される。プロセッサは、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御する。
The
再び図１を参照する。以下、方法ＭＴについて、それがプラズマ処理装置１を用いて図２に示す基板Ｗに適用される場合を例にとって、説明する。プラズマ処理装置１が用いられる場合には、制御部８０によるプラズマ処理装置１の各部の制御により、プラズマ処理装置１において方法ＭＴが実行され得る。以下の説明においては、方法ＭＴの実行のための制御部８０によるプラズマ処理装置１の各部の制御についても説明する。
See FIG. 1 again. Hereinafter, the method MT will be described by taking the case where it is applied to the substrate W shown in FIG. 2 by using the
方法ＭＴは、工程ＳＴ１で開始する。工程ＳＴ１では、基板Ｗがチャンバ１０内に準備される。基板Ｗは、チャンバ１０内において静電チャック２０上に載置されて、静電チャック２０によって保持される。なお、基板Ｗは３００ｍｍの直径を有し得る。
Method MT starts in step ST1. In step ST1, the substrate W is prepared in the
方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ２が実行される。工程ＳＴ２では、チャンバ１０内で処理ガスから形成されたプラズマからの化学種によりシリコン含有膜ＳＦがエッチングされる。
In the method MT, step ST2 is then executed. In step ST2, the silicon-containing film SF is etched by the chemical species from the plasma formed from the processing gas in the
工程ＳＴ２で用いられる処理ガスは、ハロゲン元素及びリンを含む。処理ガスに含まれるハロゲン元素は、フッ素であり得る。処理ガスは、フルオロカーボン又はハイドロフルオロカーボンの少なくとも一つを含み得る。フルオロカーボンは、例えばＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、又はＣ４Ｆ８の少なくとも一つである。ハイドロフルオロカーボンは、例えばＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、又はＣＨ３Ｆの少なくとも一つである。ハイドロフルオロカーボンは、二つ以上の炭素原子を含んでいてもよい。処理ガスは、リンを含む分子を含み得る。リンを含む分子は、十酸化四リン（Ｐ４Ｏ１０）、八酸化四リン（Ｐ４Ｏ８）、六酸化四リン（Ｐ４Ｏ６）のような酸化物であってもよい。十酸化四リンは、五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）と呼ばれることがある。リンを含む分子は、三フッ化リン（ＰＦ３）、五フッ化リン（ＰＦ５）、三塩化リン（ＰＣｌ３）、五塩化リン（ＰＣｌ５）、三臭化リン（ＰＢｒ３）、五臭化リン（ＰＢｒ５）、ヨウ化リン（ＰＩ３）のようなハロゲン化物であってもよい。即ち、リンを含む分子は、ハロゲン元素としてフッ素を含んでいてもよい。或いは、リンを含む分子は、ハロゲン元素としてフッ素以外のハロゲン元素を含んでいてもよい。リンを含む分子は、フッ化ホスホリル（ＰＯＦ３）、塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ３）、臭化ホスホリル（ＰＯＢｒ３）のようなハロゲン化ホスホリルであってもよい。リンを含む分子は、ホスフィン（ＰＨ３）、リン化カルシウム（Ｃａ３Ｐ２等）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、リン酸ナトリウム（Ｎａ３ＰＯ４）、ヘキサフルオロリン酸（ＨＰＦ６）等であってもよい。リンを含む分子は、フルオロホスフィン類（ＨｘＰＦｙ）であってもよい。ここで、ｘとｙの和は、３又は５である。フルオロホスフィン類としては、ＨＰＦ２、Ｈ２ＰＦ３が例示される。処理ガスは、リンを含む分子をとして、これらの分子のうち一つ以上の分子を含み得る。例えば、処理ガスは、リンを含む分子として、ＰＦ３、ＰＣｌ３、ＰＦ５，ＰＣｌ５，ＰＯＣｌ３、ＰＨ３、ＰＢｒ３、又はＰＢｒ５の少なくとも一つを含み得る。なお、リンを含む分子は、液体又は固体である場合には、加熱等によって気化されてチャンバ１０内に供給され得る。
The processing gas used in step ST2 contains a halogen element and phosphorus. The halogen element contained in the processing gas can be fluorine. The treatment gas may contain at least one of fluorocarbons or hydrofluorocarbons. Fluorocarbons are, for example, at least one of CF 4 , C 3 F 8 , C 4 F 6 , or C 4 F 8. The hydrofluorocarbon is, for example, at least one of CH 2 F 2 , CHF 3 , or CH 3 F. Hydrofluorocarbons may contain two or more carbon atoms. The processing gas may contain molecules containing phosphorus. The phosphorus-containing molecule may be an oxide such as tetraphosphorus pentoxide (P 4 O 10 ), tetraphosphorus octoxide (P 4 O 8 ), tetraphosphorus hexaoxide (P 4 O 6 ). Phosphorus pentoxide is sometimes referred to as diphosphorus pentoxide (P 2 O 5). Phosphorus-containing molecules are phosphorus trifluoride (PF 3 ), phosphorus pentafluorine (PF 5 ), phosphorus trichloride (PCl 3 ), phosphorus pentachloride (PCl 5 ), phosphorus tribromide (PBr 3 ), and five. It may be a halide such as phosphorus bromide (PBr 5 ) or phosphorus iodide (PI 3). That is, the phosphorus-containing molecule may contain fluorine as a halogen element. Alternatively, the phosphorus-containing molecule may contain a halogen element other than fluorine as a halogen element. The phosphorus-containing molecule may be a halogenated phosphoryl such as phosphoryl chloride (POF 3 ), phosphoryl chloride (POCl 3 ), phosphoryl bromide (POBr 3). Phosphorus-containing molecules include phosphine (PH 3 ), calcium phosphate (Ca 3 P 2, etc.), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), sodium phosphate (Na 3 PO 4 ), hexafluorophosphate (HPF 6 ). And so on. The phosphorus-containing molecule may be fluorophosphines (H x PF y ). Here, the sum of x and y is 3 or 5. Examples of fluorophosphines include HPF 2 and H 2 PF 3. The treatment gas may contain one or more of these molecules, including phosphorus-containing molecules. For example, the treatment gas may contain at least one of PF 3 , PCl 3 , PF 5 , PCl 5 , POCl 3 , PH 3 , PBr 3 , or PBr 5 as phosphorus-containing molecules. When the molecule containing phosphorus is a liquid or a solid, it can be vaporized by heating or the like and supplied into the
工程ＳＴ２で用いられる処理ガスは、炭素及び水素を更に含んでいてもよい。処理ガスは、水素を含む分子として、Ｈ２、フッ化水素（ＨＦ）、炭化水素（ＣｘＨｙ）、ハイドロフルオロカーボン（ＣＨｘＦｙ）、又はＮＨ３の少なくとも一つを含んでいてもよい。炭化水素は、例えばＣＨ４又はＣ３Ｈ６である。ここで、ｘ及びｙの各々は自然数である。処理ガスは、炭素を含む分子として、フルオロカーボン又は炭化水素（例えばＣＨ４）を含んでいてもよい。処理ガスは、酸素を更に含んでいてもよい。処理ガスは、例えばＯ２を含んでいてもよい。 The processing gas used in step ST2 may further contain carbon and hydrogen. The treatment gas may contain at least one of H 2 , hydrogen fluoride (HF), hydrocarbon (C x Hy ), hydrofluorocarbon (CH x F y ), or NH 3 as a hydrogen-containing molecule. good. Hydrocarbons are, for example, CH 4 or C 3 H 6 . Here, each of x and y is a natural number. The treatment gas may contain fluorocarbons or hydrocarbons (eg, CH 4 ) as carbon-containing molecules. The processing gas may further contain oxygen. The processing gas may contain, for example, O 2.
工程ＳＴ２で用いられる処理ガスは、リンのソースとして、リン含有ガスを含む。リン含有ガスは、上述したリンを含む分子のガスである。一実施形態において、工程ＳＴ２は、上述したように、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含むシリコン含有膜ＳＦに適用される。工程ＳＴ２では、処理ガスの全流量に対するリン含有ガスの流量の割合が設定されることにより、シリコン酸化膜のエッチングレートに対するシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の交互の積層膜のエッチングレートの比が設定（制御）される。工程ＳＴ２では、シリコン酸化膜のエッチングレートとシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の交互の積層膜のエッチングレートとの間の差が小さくなるように、処理ガスの全流量に対するリン含有ガスの流量の割合が設定され得る。一実施形態では、シリコン酸化膜のエッチングレートに対するシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の交互の積層膜のエッチングレートの比が、０．８以上、１．２以下となるように、処理ガスの全流量に対するリン含有ガスの流量の割合が設定される。処理ガスの全流量に対するリン含有ガスの流量の割合は、例えば、１０％以上、５０％以下に設定され得る。なお、工程ＳＴ２のエッチング中にリン含有ガスの流量を変更することにより、シリコン酸化膜のエッチングレートに対するシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の交互の積層膜のエッチングレートの比が変更されてもよい。 The processing gas used in step ST2 contains a phosphorus-containing gas as a phosphorus source. The phosphorus-containing gas is the above-mentioned gas of a molecule containing phosphorus. In one embodiment, step ST2 is applied to a silicon-containing film SF containing a silicon oxide film and a silicon nitride film, as described above. In step ST2, the ratio of the flow rate of the phosphorus-containing gas to the total flow rate of the processing gas is set, so that the ratio of the etching rate of the alternating laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film to the etching rate of the silicon oxide film is set. (Controlled). In step ST2, the ratio of the flow rate of the phosphorus-containing gas to the total flow rate of the processing gas so that the difference between the etching rate of the silicon oxide film and the etching rate of the alternating laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film is small. Can be set. In one embodiment, the total flow rate of the processing gas is such that the ratio of the etching rate of the alternating laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film to the etching rate of the silicon oxide film is 0.8 or more and 1.2 or less. The ratio of the flow rate of the phosphorus-containing gas to the ratio of the flow rate of the phosphorus-containing gas is set. The ratio of the flow rate of the phosphorus-containing gas to the total flow rate of the processing gas can be set to, for example, 10% or more and 50% or less. By changing the flow rate of the phosphorus-containing gas during the etching in step ST2, the ratio of the etching rate of the alternating laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film to the etching rate of the silicon oxide film may be changed.
工程ＳＴ２では、チャンバ１０内のガスの圧力が指定された圧力に設定される。工程ＳＴ２では、チャンバ１０内のガスの圧力は、１０ｍＴｏｒｒ（１．３Ｐａ）以上、１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以下の圧力に設定され得る。また、工程ＳＴ２では、チャンバ１０内で処理ガスからプラズマを生成するために、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給される。第１の高周波電力のレベルは、２ｋＷ以上、１０ｋＷ以下のレベルに設定され得る。第２の高周波電力のレベルは、２ｋＷ（基板Ｗの単位面積当りの電力のレベルでは２．８３Ｗ／ｃｍ２）以上のレベルに設定され得る。第２の高周波電力のレベルは、１０ｋＷ（基板Ｗの単位面積当りの電力のレベルでは１４．２Ｗ／ｃｍ２）以上のレベルに設定されてもよい。
In step ST2, the pressure of the gas in the
工程ＳＴ２の実行のために、制御部８０は、処理ガスをチャンバ１０内に供給するようにガス供給部を制御する。また、制御部８０は、チャンバ１０内でのガスの圧力を指定された圧力に設定するように排気装置５０を制御する。また、制御部８０は、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力を供給するように第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を制御する。
For the execution of step ST2, the
一実施形態の方法ＭＴにおいて、工程ＳＴ２の開始時の基板Ｗの温度は、０℃以下の温度に設定されてもよい。このような温度に基板Ｗの温度が設定されると、工程ＳＴ２におけるシリコン含有膜ＳＦのエッチングレートが高くなる。工程ＳＴ２の開始時の基板Ｗの温度を設定するために、制御部８０はチラーユニットを制御し得る。
In the method MT of one embodiment, the temperature of the substrate W at the start of step ST2 may be set to a temperature of 0 ° C. or lower. When the temperature of the substrate W is set to such a temperature, the etching rate of the silicon-containing film SF in the step ST2 becomes high. The
工程ＳＴ２では、処理ガスから形成されたプラズマからのハロゲン化学種により、シリコン含有膜ＳＦがエッチングされる。一実施形態では、シリコン含有膜ＳＦの全領域のうちマスクＭＫから露出されている部分がエッチングされる（図４の（ａ）を参照）。 In step ST2, the silicon-containing film SF is etched by the halogen species from the plasma formed from the processing gas. In one embodiment, the portion of the entire region of the silicon-containing film SF exposed from the mask MK is etched (see FIG. 4A).
一実施形態においては、方法ＭＴは、図１に示すように、工程ＳＴ３を更に含んでいてもよい。工程ＳＴ３では、工程ＳＴ２のエッチングによってシリコン含有膜ＳＦに形成された開口を画成する側壁面上に保護膜ＰＦが形成される（図４の（ａ）を参照）。保護膜ＰＦは、シリコン及び工程ＳＴ２で用いられる処理ガスに含まれるリンを含む。一実施形態では、工程ＳＴ３は、工程ＳＴ２と同時に進行する。一実施形態では、保護膜ＰＦは、処理ガスに含まれる炭素及び／又は水素を更に含んでいてもよい。一実施形態では、保護膜ＰＦは、処理ガスに含まれるか又はシリコン含有膜ＳＦに含まれる酸素を更に含んでいてもよい。工程ＳＴ２においてシリコン酸化膜をエッチングした実験例によれば、保護膜ＰＦのＸＰＳ分析の結果、Ｓｉ−Ｏの結合ピークとＰ−Ｏの結合ピークが観察された。また、工程ＳＴ２においてシリコン窒化膜をエッチングした実験例によれば、保護膜ＰＦのＸＰＳ分析の結果、Ｓｉ−Ｐの結合ピークとＰ−Ｎの結合ピークが観察された。 In one embodiment, the method MT may further include step ST3, as shown in FIG. In the step ST3, the protective film PF is formed on the side wall surface that defines the opening formed in the silicon-containing film SF by the etching of the step ST2 (see (a) of FIG. 4). The protective film PF contains silicon and phosphorus contained in the processing gas used in step ST2. In one embodiment, step ST3 proceeds at the same time as step ST2. In one embodiment, the protective film PF may further contain carbon and / or hydrogen contained in the processing gas. In one embodiment, the protective film PF may further contain oxygen contained in the processing gas or contained in the silicon-containing film SF. According to the experimental example in which the silicon oxide film was etched in the step ST2, as a result of XPS analysis of the protective film PF, a Si—O bond peak and a PO bond peak were observed. Further, according to an experimental example in which the silicon nitride film was etched in step ST2, as a result of XPS analysis of the protective film PF, a Si—P bond peak and a PN bond peak were observed.
処理ガスにリンが含まれなければ、図４の（ｂ）に示すように、シリコン含有膜ＳＦは、横方向にもエッチングされる。その結果、シリコン含有膜ＳＦに形成される開口の幅が一部で広くなる。例えば、シリコン含有膜ＳＦに形成される開口の幅はマスクＭＫの近傍で部分的に広くなる。 If the processing gas does not contain phosphorus, the silicon-containing film SF is also etched in the lateral direction as shown in FIG. 4 (b). As a result, the width of the opening formed in the silicon-containing film SF is partially widened. For example, the width of the opening formed in the silicon-containing film SF is partially widened in the vicinity of the mask MK.
一方、方法ＭＴでは、保護膜ＰＦが、エッチングによってシリコン含有膜ＳＦに形成された開口を画成する側壁面上に形成される。この保護膜ＰＦにより側壁面が保護されつつ、シリコン含有膜ＳＦがエッチングされる。したがって、方法ＭＴによれば、シリコン含有膜ＳＦのプラズマエッチングにおいて、横方向のエッチングを抑制することが可能となる。 On the other hand, in the method MT, the protective film PF is formed on the side wall surface defining the opening formed in the silicon-containing film SF by etching. The silicon-containing film SF is etched while the side wall surface is protected by the protective film PF. Therefore, according to the method MT, it is possible to suppress the etching in the lateral direction in the plasma etching of the silicon-containing film SF.
以下、図５の（ａ）及び図５の（ｂ）を参照する。図５の（ａ）は、図１に示すエッチング方法が適用され得る別の例の基板の部分拡大断面図であり、図５の（ｂ）は、図１に示すエッチング方法が適用された別の例の基板の部分拡大断面図である。図５の（ａ）に示す基板Ｗにおいて、シリコン含有膜ＳＦは、単層膜ＳＬ及び多層膜ＭＬを有している。単層膜ＳＬは、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又は多結晶シリコン膜である。多層膜ＭＬは、積層された一つ以上のシリコン酸化膜及び一つ以上のシリコン窒化膜を含んでいてもよい。多層膜ＭＬは、交互に積層された複数のシリコン酸化膜及び複数のシリコン窒化膜を含んでいてもよい。或いは、多層膜ＭＬは、積層された一つ以上のシリコン酸化膜及び一つ以上の多結晶シリコン膜を含んでいてもよい。多層膜ＭＬは、交互に積層された複数のシリコン酸化膜及び複数の多結晶シリコン膜を含んでいてもよい。或いは、多層膜ＭＬは、積層された一つ以上のシリコン酸化膜、一つ以上の多結晶シリコン膜、及び一つ以上のシリコン窒化膜を含んでいてもよい。 Hereinafter, reference is made to FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b). FIG. 5A is a partially enlarged cross-sectional view of a substrate of another example to which the etching method shown in FIG. 1 can be applied, and FIG. 5B is another example to which the etching method shown in FIG. 1 is applied. It is a partially enlarged cross-sectional view of the substrate of the example. In the substrate W shown in FIG. 5A, the silicon-containing film SF has a single-layer film SL and a multilayer film ML. The single-layer film SL is, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a polycrystalline silicon film. The multilayer film ML may include one or more laminated silicon oxide films and one or more silicon nitride films. The multilayer film ML may include a plurality of alternately laminated silicon oxide films and a plurality of silicon nitride films. Alternatively, the multilayer film ML may include one or more laminated silicon oxide films and one or more polycrystalline silicon films. The multilayer film ML may include a plurality of silicon oxide films laminated alternately and a plurality of polycrystalline silicon films. Alternatively, the multilayer film ML may include one or more laminated silicon oxide films, one or more polycrystalline silicon films, and one or more silicon nitride films.
上述の方法ＭＴは、図５の（ａ）に示す基板Ｗに適用され得る。方法ＭＴの工程ＳＴ２では、単層膜ＳＬ及び多層膜ＭＬが同時にエッチングされる。工程ＳＴ２では、上述したように、ハロゲン元素及びリンを含む処理ガスが用いられる。一例では、処理ガスは、Ｈ２、ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは、０以上の整数）、ＣｘＨｙＦｚ以外のフッ素分子又はフッ素含有分子、フッ素以外のハロゲン元素又はフッ素以外のハロゲンを含有する分子、及び上述のリンを含む分子を含有し得る。処理ガスにおけるフッ素含有分子は、例えば、ＮＦ３、ＳＦ６、ＨＦである。処理ガスにおけるハロゲン元素又はハロゲンを含有する分子は、例えばＣｌ２、ＨＢｒ、ＨＩ，ＣｌＦ３、ＩＦ７である。即ち、処理ガスにおけるハロゲン元素又はハロゲンを含有する分子は、フッ素を含んでいなくてもよい。或いは、処理ガスにおけるハロゲン元素又はハロゲンを含有する分子は、フッ素を含んでいてもよい。処理ガスの全流量に対するリンを含む分子を含有するガスの流量の割合は、例えば３％以上、２０％以下である。また、工程ＳＴ２の開始時において基板Ｗの温度は０℃以下の温度、例えば−４０℃又は−７０℃に設定される。 The method MT described above can be applied to the substrate W shown in FIG. 5 (a). In step ST2 of the method MT, the single-layer film SL and the multilayer film ML are etched at the same time. In step ST2, as described above, a processing gas containing a halogen element and phosphorus is used. In one example, the processing gas is H 2 , C x Hy F z (x, y, z are integers greater than or equal to 0), fluorine molecules or fluorine-containing molecules other than C x Hy F z, and halogen elements other than fluorine. Alternatively, it may contain a molecule containing a halogen other than fluorine, and the above-mentioned molecule containing phosphorus. The fluorine-containing molecules in the treatment gas are, for example, NF 3 , SF 6 , and HF. The halogen element or the halogen-containing molecule in the processing gas is, for example, Cl 2 , HBr, HI, ClF 3 , and IF 7 . That is, the halogen element or the halogen-containing molecule in the processing gas does not have to contain fluorine. Alternatively, the halogen element or the halogen-containing molecule in the processing gas may contain fluorine. The ratio of the flow rate of the gas containing phosphorus-containing molecules to the total flow rate of the processing gas is, for example, 3% or more and 20% or less. Further, at the start of step ST2, the temperature of the substrate W is set to a temperature of 0 ° C. or lower, for example, −40 ° C. or −70 ° C.
方法ＭＴでは、図５の（ｂ）に示すように、保護膜ＰＦにより側壁面が保護されつつ、単層膜ＳＬ及び多層膜ＭＬがエッチングされる。したがって、方法ＭＴによれば、単層膜ＳＬ及び多層膜ＭＬの同時のプラズマエッチングにおいて、横方向のエッチングを抑制することが可能となる。また、工程ＳＴ２において上述の処理ガスが用いられることにより、単層膜ＳＬのエッチングレートと多層膜ＭＬのエッチングレートとの差が低減される。 In the method MT, as shown in FIG. 5B, the monolayer film SL and the multilayer film ML are etched while the side wall surface is protected by the protective film PF. Therefore, according to the method MT, it is possible to suppress the etching in the lateral direction in the simultaneous plasma etching of the single-layer film SL and the multilayer film ML. Further, by using the above-mentioned processing gas in the step ST2, the difference between the etching rate of the single-layer film SL and the etching rate of the multilayer film ML is reduced.
以下、方法ＭＴの評価のために行った第１の実験について説明する。第１の実験では、複数のサンプル基板を準備した。複数のサンプル基板の各々は、シリコン酸化膜及び当該シリコン酸化膜上に設けられたマスクを有していた。第１の実験では、方法ＭＴを実行して、複数のサンプル基板のシリコン酸化膜をエッチングした。複数のサンプル基板それぞれのシリコン酸化膜のエッチング（工程ＳＴ２）に用いた処理ガスは、互いに異なる流量のＰＦ３ガスを含んでいた。工程ＳＴ２における他の条件を以下に示す。
＜工程ＳＴ２の条件＞
工程ＳＴ２におけるチャンバ１０内のガスの圧力：２５ｍＴｏｒｒ（３．３Ｐａ）
工程ＳＴ２で用いた処理ガス：５０ｓｃｃｍのＣＨ４ガス、１００ｓｃｃｍのＣＦ４ガス、５０ｓｃｃｍのＯ２ガス
工程ＳＴ２における第１の高周波電力：４０ＭＨｚ、４５００Ｗ
工程ＳＴ２における第２の高周波電力：４００ｋＨｚ、７０００Ｗ
工程ＳＴ２における基板の温度（エッチング開始前の基板支持器の温度）：−３０℃
工程ＳＴ２の実行期間の時間長：６００秒
Hereinafter, the first experiment performed for the evaluation of the method MT will be described. In the first experiment, a plurality of sample substrates were prepared. Each of the plurality of sample substrates had a silicon oxide film and a mask provided on the silicon oxide film. In the first experiment, method MT was performed to etch the silicon oxide films of a plurality of sample substrates. The processing gas used for etching the silicon oxide film of each of the plurality of sample substrates (step ST2) contained PF 3 gas having different flow rates. Other conditions in step ST2 are shown below.
<Conditions for process ST2>
Pressure of gas in
Processing gas used in step ST2: CH 4 gas of 50 sccm, CF 4 gas of 100 sccm, O 2 gas of 50 sccm First high frequency power in step ST2: 40 MHz, 4500 W
Second high frequency power in process ST2: 400kHz, 7000W
Substrate temperature in step ST2 (temperature of substrate support before starting etching): -30 ° C
Time length of execution period of process ST2: 600 seconds
第１の実験では、複数のサンプル基板の各々について、シリコン酸化膜に形成された開口の最大幅及びシリコン酸化膜のエッチングレートを求めた。そして、工程ＳＴ２で用いた処理ガス中のＰＦ３ガスの流量とシリコン酸化膜のエッチングレートとの関係を求めた。また、工程ＳＴ２で用いた処理ガス中のＰＦ３ガスの流量とシリコン酸化膜に形成された開口の最大幅との関係を求めた。処理ガス中のＰＦ３ガスの流量とシリコン酸化膜のエッチングレートとの関係を図６に示す。また、処理ガス中のＰＦ３ガスの流量とシリコン酸化膜に形成された開口の最大幅の関係を図７に示す。図６に示すように、処理ガスにリンを含めることにより、シリコン酸化膜のエッチングレートが高くなることが確認された。なお、処理ガス中のＰＦ３ガスの流量が２０ｓｃｃｍ以上である場合に、ＰＦ３を添加しない場合に比べ、エッチングレートが１．５倍程度になることが確認された。また、図７に示すように、処理ガスにリンを含めることにより、側壁面が保護されて、シリコン酸化膜の開口の最大幅が小さくなること、即ち、シリコン酸化膜の開口の幅が一部で広くなることを抑制することが可能であることが確認された。特に、処理ガス中のＰＦ３ガスの流量が１５ｓｃｃｍである場合に、シリコン酸化膜の開口の幅が一部で広くなることを抑制する効果、即ち側壁面の保護効果が大きくなることが確認された。また、処理ガス中のＰＦ３ガスの流量が５０ｓｃｃｍ以上である場合に、シリコン酸化膜の開口の幅が一部で広くなることがより顕著に抑制され得ることが確認された。即ち、処理ガス中のＰＦ３ガスの流量が５０ｓｃｃｍ以上である場合に、側壁面の保護効果が顕著になることが確認された。 In the first experiment, the maximum width of the openings formed in the silicon oxide film and the etching rate of the silicon oxide film were determined for each of the plurality of sample substrates. Then, the relationship between the flow rate of the PF 3 gas in the processing gas used in the step ST2 and the etching rate of the silicon oxide film was determined. Further, the relationship between the flow rate of the PF 3 gas in the processing gas used in the step ST2 and the maximum width of the opening formed in the silicon oxide film was determined. FIG. 6 shows the relationship between the flow rate of the PF 3 gas in the processing gas and the etching rate of the silicon oxide film. Further, FIG. 7 shows the relationship between the flow rate of the PF 3 gas in the processing gas and the maximum width of the openings formed in the silicon oxide film. As shown in FIG. 6, it was confirmed that the etching rate of the silicon oxide film was increased by including phosphorus in the processing gas. It was confirmed that when the flow rate of the PF 3 gas in the processing gas was 20 sccm or more, the etching rate was about 1.5 times higher than that when the PF 3 was not added. Further, as shown in FIG. 7, by including phosphorus in the processing gas, the side wall surface is protected and the maximum width of the opening of the silicon oxide film is reduced, that is, the width of the opening of the silicon oxide film is partially reduced. It was confirmed that it is possible to suppress the widening of the film. In particular, when the flow rate of the PF 3 gas in the processing gas is 15 sccm, it has been confirmed that the effect of suppressing the width of the opening of the silicon oxide film from being partially widened, that is, the effect of protecting the side wall surface is increased. rice field. Further, it was confirmed that when the flow rate of the PF 3 gas in the processing gas is 50 sccm or more, the widening of the opening width of the silicon oxide film can be suppressed more remarkably. That is, it was confirmed that the protective effect on the side wall surface became remarkable when the flow rate of the PF 3 gas in the processing gas was 50 sccm or more.
以下、方法ＭＴの評価のために行った第２の実験について説明する。第２の実験では、第１のサンプル基板及び第２のサンプル基板を準備した。第１のサンプル基板は、シリコン酸化膜である単層膜を有していた。第２のサンプル基板は、交互に積層された複数のシリコン酸化膜と複数のシリコン窒化膜を含む多層膜を有していた。第２の実験では、プラズマ処理装置１を用いて方法ＭＴを実行して、第１のサンプル基板の単層膜及び第２のサンプル基板の多層膜をエッチングした。エッチング（工程ＳＴ２）に用いた処理ガスは、Ｈ２、ハイドロフルオロカーボン、フッ素含有分子、ハロゲン含有分子、及び上述のリンを含む分子を含有していた。また、比較実験を行った。比較実験では、第２の実験の工程ＳＴ２で用いた処理ガスとは異なる処理ガスを用いて、第１のサンプル基板の単層膜及び第２のサンプル基板の多層膜をエッチングした。比較実験において用いた処理ガスは、リンを含む分子を含有しない点で、第２の実験の工程ＳＴ２で用いた処理ガスとは異なっていた。
Hereinafter, the second experiment performed for the evaluation of the method MT will be described. In the second experiment, a first sample substrate and a second sample substrate were prepared. The first sample substrate had a monolayer film which was a silicon oxide film. The second sample substrate had a multilayer film including a plurality of alternately laminated silicon oxide films and a plurality of silicon nitride films. In the second experiment, the method MT was performed using the
第２の実験及び比較実験では、単層膜のエッチングレートに対する多層膜のエッチングレートの比の値を求めた。比較実験では、エッチングの開始時の第１のサンプル基板及び第２のサンプル基板の各々の温度が−４０℃であった場合に、比の値は約１．３であった。一方、第２の実験では、エッチングの開始時の第１のサンプル基板及び第２のサンプル基板の各々の温度が−４０℃であった場合に、比の値は約１．１７であった。また、第２の実験では、エッチングの開始時の第１のサンプル基板及び第２のサンプル基板の各々の温度が−７０℃であった場合に、比の値は約１．０５であった。これらの実験の結果から、工程ＳＴ２においてリンを含む分子を含有する処理ガスを用いることにより、単層膜のエッチングレートと多層膜のエッチングレートとの間の差を低減することが可能であることが確認された。また、単層膜のエッチングレートと多層膜のエッチングレートとの間の差は、エッチングの開始時の基板の温度が低いほど、より小さくなることが確認された。 In the second experiment and the comparative experiment, the value of the ratio of the etching rate of the multilayer film to the etching rate of the monolayer film was determined. In the comparative experiment, when the temperatures of the first sample substrate and the second sample substrate at the start of etching were −40 ° C., the ratio value was about 1.3. On the other hand, in the second experiment, when the temperatures of the first sample substrate and the second sample substrate at the start of etching were −40 ° C., the ratio value was about 1.17. Further, in the second experiment, when the temperatures of the first sample substrate and the second sample substrate at the start of etching were −70 ° C., the ratio value was about 1.05. From the results of these experiments, it is possible to reduce the difference between the etching rate of the single-layer film and the etching rate of the multilayer film by using a processing gas containing a molecule containing phosphorus in step ST2. Was confirmed. It was also confirmed that the difference between the etching rate of the single-layer film and the etching rate of the multilayer film becomes smaller as the temperature of the substrate at the start of etching becomes lower.
以下、方法ＭＴの評価のために行った第３の実験について説明する。第３の実験では、複数の第１のサンプル基板及び複数の第２のサンプル基板を準備した。複数の第１のサンプル基板の各々は、シリコン酸化膜（単層膜）を有していた。複数の第２のサンプル基板の各々は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の交互の積層膜を有していた。第３の実験では、プラズマ処理装置１を用いて方法ＭＴを実行して、複数の第１のサンプル基板の単層膜及び複数の第２のサンプル基板の積層膜をエッチングした。エッチング（工程ＳＴ２）において用いた処理ガスは、Ｈ２ガス、ハイドロフルオロカーボンガス、フッ素含有分子のガス、フッ素を含有しないハロゲン含有分子のガス、及びハロゲンとリンを含有するガス（ＰＦ３ガス）を含んでいた。第３の実験では、エッチング時の温度及びＰＦ３ガスの流量の割合の互いに異なる複数の組合せを、複数の第１のサンプル基板の単層膜のエッチングにおいて用いた。エッチング時の温度は、エッチングの開始時のサンプル基板の温度（熱媒の温度）である。また、ＰＦ３ガスの流量の割合は、処理ガスの全流量に対するＰＦ３ガスの流量の割合である。また、複数の第１のサンプル基板の単層膜のエッチングにおいて用いたエッチング時の温度及びＰＦ３ガスの流量の割合の複数の組合せを、複数の第２のサンプル基板の積層膜のエッチングにおいて用いた。なお、複数の第１のサンプル基板の単層膜及び複数の第２のサンプル基板の交互の積層膜のエッチング時の第２の高周波電力の実効パワーは、６ｋＷであった。
Hereinafter, the third experiment performed for the evaluation of the method MT will be described. In the third experiment, a plurality of first sample substrates and a plurality of second sample substrates were prepared. Each of the plurality of first sample substrates had a silicon oxide film (single layer film). Each of the plurality of second sample substrates had an alternating laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film. In the third experiment, the method MT was performed using the
第３の実験では、複数の第１のサンプル基板の単層膜のエッチングの結果から、複数の第１のサンプル基板の単層膜の各々のエッチングレートを求めた。また、複数の第２のサンプル基板の積層膜のエッチングの結果から、複数の第２のサンプル基板の積層膜の各々のエッチングレートを求めた。そして、上述の複数の組合せの各々の下でのシリコン酸化膜（単層膜）のエッチングレートに対するシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の交互の積層膜のエッチングレートの比を求めた。そして、ＰＦ３ガスの流量の割合とエッチングレートの比との関係を求めた。第３の実験で求めたＰＦ３ガスの流量の割合とエッチングレートの比を図８のグラフに示す。図８に示すように、第３の実験の結果、ＰＦ３ガスの流量の割合を調整することにより、エッチングレートの比を調整することが可能であることが確認された。また、ＰＦ３ガスの流量の割合を１０％以上、５０％以下に設定することにより、エッチングの開始時のサンプル基板の温度に依存することなく、エッチングレートの比を０．８以上、１．２以下に設定することが可能であることが確認された。 In the third experiment, the etching rate of each of the single-layer films of the plurality of first sample substrates was determined from the results of etching the single-layer films of the plurality of first sample substrates. Further, from the results of etching the laminated films of the plurality of second sample substrates, the etching rates of the laminated films of the plurality of second sample substrates were obtained. Then, the ratio of the etching rate of the alternating laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film to the etching rate of the silicon oxide film (single layer film) under each of the above-mentioned plurality of combinations was determined. Then, the relationship between the ratio of the flow rate of the PF 3 gas and the ratio of the etching rate was obtained. The ratio of the flow rate of the PF 3 gas and the etching rate obtained in the third experiment are shown in the graph of FIG. As shown in FIG. 8, as a result of the third experiment, it was confirmed that the ratio of the etching rate can be adjusted by adjusting the ratio of the flow rate of the PF 3 gas. Further, by setting the flow rate ratio of the PF 3 gas to 10% or more and 50% or less, the etching rate ratio can be set to 0.8 or more and 0.8 or more regardless of the temperature of the sample substrate at the start of etching. It was confirmed that it is possible to set it to 2 or less.
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。 Although various exemplary embodiments have been described above, various additions, omissions, substitutions, and changes may be made without being limited to the above-mentioned exemplary embodiments. It is also possible to combine elements in different embodiments to form other embodiments.
例えば、方法ＭＴにおいて用いられるプラズマ処理装置は、プラズマ処理装置１以外の容量結合型のプラズマ処理装置であってもよい。或いは、方法ＭＴにおいて用いられるプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理装置、又はマイクロ波といった表面波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置等であってもよい。
For example, the plasma processing apparatus used in the method MT may be a capacitive coupling type plasma processing apparatus other than the
また、プラズマ処理装置は、第２の高周波電源６４の代わりに又は第２の高周波電源６４に加えて、負極性の直流電圧のパルスを断続的に又は周期的に下部電極１８に印加するように構成された直流電源を備えていてもよい。
Further, the plasma processing apparatus so as to intermittently or periodically apply a negative electrode DC voltage pulse to the lower electrode 18 instead of the second high
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。 From the above description, it is understood that the various embodiments of the present disclosure are described herein for purposes of explanation and that various modifications can be made without departing from the scope and gist of the present disclosure. Will. Therefore, the various embodiments disclosed herein are not intended to be limiting, and the true scope and gist is indicated by the appended claims.
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、Ｗ…基板、ＳＦ…シリコン含有膜。 1 ... Plasma processing device, 10 ... Chamber, W ... Substrate, SF ... Silicon-containing film.
Claims (22)
前記チャンバ内で処理ガスから形成されたプラズマからの化学種により前記シリコン含有膜をエッチングする工程であり、前記処理ガスは、ハロゲン元素及びリンを含む、該工程と、
を含むエッチング方法。 A step of preparing a substrate in a chamber of a plasma processing apparatus, wherein the substrate contains a silicon-containing film.
A step of etching the silicon-containing film with a chemical species from plasma formed from the treatment gas in the chamber, wherein the treatment gas contains a halogen element and phosphorus.
Etching method including.
前記保護膜は前記処理ガスに含まれるリンを含む、
請求項１に記載のエッチング方法。 A step of forming a protective film on the side wall surface defining the opening formed by the etching is further included.
The protective film contains phosphorus contained in the processing gas.
The etching method according to claim 1.
前記シリコン含有膜をエッチングする前記工程において、前記処理ガスの全流量に対する前記リン含有ガスの流量の割合が設定されることにより、前記シリコン酸化膜のエッチングレートに対する前記シリコン酸化膜と前記シリコン窒化膜の交互の積層膜のエッチングレートの比が設定される、
請求項１２に記載のエッチング方法。 The processing gas contains a phosphorus-containing gas that is a source of the phosphorus.
In the step of etching the silicon-containing film, the ratio of the flow rate of the phosphorus-containing gas to the total flow rate of the processing gas is set, so that the silicon oxide film and the silicon nitride film with respect to the etching rate of the silicon oxide film are set. The ratio of the etching rate of the alternating laminated film is set,
The etching method according to claim 12.
エッチングする前記工程において、前記単層膜及び前記多層膜が同時にエッチングされる、
請求項１〜８の何れか一項に記載のエッチング方法。 The silicon-containing film has a single-layer film and a multilayer film, and has a single-layer film and a multilayer film.
In the step of etching, the monolayer film and the multilayer film are simultaneously etched.
The etching method according to any one of claims 1 to 8.
前記チャンバ内において基板を支持するように構成された基板支持器と、
シリコン含有膜をエッチングするための処理ガスを前記チャンバ内に供給するように構成されたガス供給部であり、該処理ガスはハロゲン元素及びリンを含む、該ガス供給部と、
前記チャンバ内で前記処理ガスからプラズマを生成するために高周波電力を発生するように構成された高周波電源と、
を備えるプラズマ処理装置。 With the chamber
A substrate support configured to support the substrate in the chamber,
A gas supply unit configured to supply a processing gas for etching a silicon-containing film into the chamber, and the processing gas contains a halogen element and phosphorus.
A high frequency power source configured to generate high frequency power to generate plasma from the processing gas in the chamber.
Plasma processing device equipped with.
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| JPS52131470A (en) * | 1976-04-28 | 1977-11-04 | Hitachi Ltd | Manufacture of semiconductor device |
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- 2020-11-04 TW TW109138387A patent/TW202125625A/en unknown
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