干蚀刻方法技术

本发明专利技术的干蚀刻方法的特征在于，针对形成于基板上的硅氧化物层与硅氮化物层的层叠膜，经由形成于前述层叠膜上的具有特定的开口图案的掩模，将干蚀刻剂等离子体化而进行施加绝对值500V以上的负直流自偏压的蚀刻，从而形成相对于前述层叠膜的垂直方向的贯通孔，前述干蚀刻剂至少包含C

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】干蚀刻方法
本专利技术涉及使用包含含氟不饱和烃的干蚀刻剂的干蚀刻方法。
技术介绍
目前，在半导体制造中，微细化逐渐接近物理极限，为了弥补该情况，正在开发使结构物在高度方向上层叠而集成的方法。发现该倾向在NAND闪存中尤其显著，三维NAND闪存的研究开发正得以活跃化。例如，三维NAND闪存采用如下构造：在基板上交替地层叠多层的多晶硅(以下称为poly-Si或p-Si)层和硅氧化物(以下称为SiOx)层，且在相对于层叠膜的垂直方向上埋入成为电极的结构物。然而，在实际制作这种元件时，由于作为基底的基板与层叠膜所包含的层均为Si，因此在层叠膜的蚀刻工序中，对基板造成损害，难以仅对包含p-Si与SiOx的层叠膜进行蚀刻加工。因此，也正研究使用包含氮化硅(以下称为SiN)与SiOx的层叠膜代替包含p-Si与SiOx的层叠膜的NAND闪存。该情况的制作方法的一例中，如图1(a)所示，预先在基板4上制作包含SiN层1与SiOx层2的交替层叠膜，如图1(b)所示，通过蚀刻加工而在相对于层叠膜的垂直方向上制作贯通孔5。然后，虽未图示，但进行去除SiN层、形成栅极的工序等。在相对于该层叠膜的层的垂直方向上形成贯通孔的工序中，正研究对于SiN与SiO2的交替层叠膜，以分别独立的工序交替重复进行SiN的蚀刻与SiO2的蚀刻而形成贯通孔的工序。然而，以独立的工序对每层进行蚀刻的情况，随着层叠数的增加，工序数也大幅增加。另外，仅为现有的CF系的气体的情况，SiN的蚀刻速度较慢，根据情况不同，SiN层上产生沉积，无法获得所需的蚀刻形状。因此，如专利文献1所示，在对包含至少1层氧化硅膜层与至少1层氮化硅膜层的层叠膜进行蚀刻的方法中，也存在使用通过包含CF系的气体与CHF系的气体的混合气体而以1次等离子体蚀刻同时蚀刻不同种类的层的方法的情况。另外，专利文献2中公开了如下干蚀刻方法：其针对形成于基板上的硅氧化物层与硅氮化物层的层叠膜，将干蚀刻剂等离子体化而进行施加500V以上的偏压的蚀刻，从而形成相对于该层的垂直方向的贯通孔，该干蚀刻剂包含HFO-1234ze(E)与CxFy(x＝2～5的整数、y＝2、4、6、8或10，y≤2x)所示的不饱和全氟碳与氧化性气体，且前述干蚀刻剂中包含的前述不饱和全氟碳的体积为前述干蚀刻剂中包含的前述C3H2F4的体积的0.1～10倍的范围。专利文献3中公开了一种干蚀刻方法，其将六氟丙烯与二氟甲烷的混合气体等离子体化，相对于硅氮化物而选择性地蚀刻硅氧化物。专利文献4中公开了一种干蚀刻方法，其将包含六氟丙烯与氧气的干蚀刻气体等离子体化，并对硅氧化物、硅氮化物等硅系材料进行蚀刻。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2003-86568号公报专利文献2：日本特开2017-50529号公报专利文献3：日本特表2001-517868号公报专利文献4：日本特开2017-92357号公报
技术实现思路
如上所述，专利文献1中公开了以设置于不同种类的层叠膜上部的抗蚀剂为掩膜，通过包含以C4F8为代表的CF系的气体与含氢的CHF系的气体的混合气体而以1次等离子体蚀刻同时进行蚀刻的方法。然而，这些方法中，无法充分地获得与掩膜的蚀刻选择性，且在层叠膜的膜厚较厚的情况下，存在掩膜无法耐受至蚀刻结束的问题。另外，在该蚀刻过程中也存在侧壁保护膜的形成不充分、产生弯曲等蚀刻形状异常的问题。尤其在SiN层的蚀刻速度与SiOx层的蚀刻速度相比变得过大的情况下，除各向异性蚀刻以外，也进行SiN层的各向同性的蚀刻，有时引起蚀刻形状的异常。另外，专利文献3中，由于选择性地蚀刻硅氧化物，因此无法在SiN与SiO2的层叠膜上形成贯通孔。另外，在如专利文献4所示，六氟丙烯与氧气的等离子体的情况下，如本申请的比较例1所研究的那样，硅氧化物的蚀刻速度比硅氮化物的蚀刻速度快，因此仍不适于在SiN与SiO2的层叠膜上形成贯通孔的工序。另一方面，根据专利文献2，通过使用包含HFO-1234ze(E)与CxFy(x＝2～5的整数、y＝2、4、6、8或10，y≤2x)所示的不饱和全氟碳与氧化性气体的蚀刻气体，而能够有效地控制SiN层与SiOx层的蚀刻速度，且也能够抑制产生蚀刻形状的异常。然而，在通常的半导体元件中，为了防止因经蚀刻的孔的底部残留被蚀刻层所致的接触(导电)不良，通常将蚀刻时间延长1.1～2倍左右而以进行超出所需程度的蚀刻。然而，另一方面，为了防止产生过度的蚀刻，而在孔底部预先形成蚀刻终止层。该情况在形成较多的被称为3DNAND的元件的构造时也同样。即，在上述层叠膜蚀刻中虽存在高深宽比且深度数μm的蚀刻工序，但也需要利用存在于孔底部、即存在于贯通孔的底部的数nm至数十nm左右的蚀刻终止层使过度的蚀刻停止。蚀刻终止层所使用的材质取决于前后的工序、元件整体的构造，因此不能一概而论，但大多数情况使用单晶Si、多晶Si(以下称p-Si)、W、WSi、Ti、TiN或TiOx等。本专利技术人使用专利文献2中记载的方法，结果获知：在高深宽比的层叠膜的蚀刻工序中确实可无形状不良地进行蚀刻，但另一方面，氟碳膜在蚀刻终止层上过度沉积而成为蚀刻残渣，结果存在产生孔底部的接触不良的情况。认为只要深宽比为10左右较浅的孔，则通过蚀刻工序后的灰化、加热而蚀刻终止层上的氟碳膜也得以去除，但在深宽比20以上的较深的孔的情况下，无法有效地去除，存在残留的情况。基于这些情况，期待在深宽比20以上的高深宽比蚀刻工序中也可进行无形状异常的蚀刻、且蚀刻终止层上不产生过度的沉积的蚀刻方法。本专利技术是鉴于上述问题而完成的，提供可将用SiN的蚀刻速度除以SiOx的蚀刻速度而得到的值(SiN/SiOx蚀刻速度比)任意地控制在0.90～1.5之间、且无蚀刻残渣的蚀刻方法。本专利技术人等为实现上述目的而进行了各种研究，结果发现：在形成相对于基板上交替地层叠多层SiN与SiOx而成的被蚀刻层垂直的贯通孔的工序中，通过使用以特定的比例至少包含C3F6与碳数为1～4的含氢饱和氟碳的干蚀刻剂进行等离子体蚀刻，从而能将用SiN的蚀刻速度除以SiOx的蚀刻速度而得到的值(SiN/SiOx蚀刻速度比)任意地控制在0.90以上且1.5以下之间，且具有与蚀刻终止层的选择性，并抑制在该层上的过度的沉积，以至完成本专利技术。即，本专利技术提供一种干蚀刻方法，其特征在于，针对形成于基板上的硅氧化物层与硅氮化物层的层叠膜，经由形成于上述层叠膜上的具有特定的开口图案的掩膜，将干蚀刻剂等离子体化而进行施加绝对值为500V以上的负直流自偏压的蚀刻，从而形成相对于层叠膜的垂直方向的贯通孔，上述干蚀刻剂至少包含C3F6、CxHyFz(x为1以上4以下的整数、y为1以上且2x+1以下的整数、z为2x+2-y所示的整数)所示的含氢饱和氟碳及氧化性气体，且上述干蚀刻剂中包含的上述含氢饱和氟碳的体积为上述干蚀刻剂中包含的上述C3F6的体积的0.1～10倍的范围。附图说明图1(a)、(b)是形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种干蚀刻方法，其特征在于，针对形成于基板上的硅氧化物层与硅氮化物层的层叠膜，经由形成于所述层叠膜上的具有特定开口图案的掩模，将干蚀刻剂等离子体化而进行施加绝对值500V以上的负直流自偏压的蚀刻，形成相对于所述层叠膜的垂直方向的贯通孔，/n所述干蚀刻剂至少包含C

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181102 JP 2018-2073091.一种干蚀刻方法，其特征在于，针对形成于基板上的硅氧化物层与硅氮化物层的层叠膜，经由形成于所述层叠膜上的具有特定开口图案的掩模，将干蚀刻剂等离子体化而进行施加绝对值500V以上的负直流自偏压的蚀刻，形成相对于所述层叠膜的垂直方向的贯通孔，
所述干蚀刻剂至少包含C3F6、CxHyFz所示的含氢饱和氟碳及氧化性气体，CxHyFz中，x为1以上且4以下的整数，y为1以上且2x+1以下的整数，z为2x+2-y所示的整数，
所述干蚀刻剂所包含的所述含氢饱和氟碳的体积为所述干蚀刻剂所包含的所述C3F6的体积的0.1倍以上且10倍以下的范围。


2.根据权利要求1所述的干蚀刻方法，其中，所述含氢饱和氟碳为选自由CHF3、CH2F2、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C3HF7、C3H2F6、C3H3F5及C3H4F4组成的组中的至少1种。


3.根据权利要求1或2所述的干蚀刻方法，其中，所述干蚀刻剂中的C3F6与所述含氢饱和氟碳的浓度的总计为5体积％以上。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的干蚀刻方法，其中，所述氧化性气体为选自由O2、O3、CO、CO2、COCl2、COF2、NO2及CaFbIc组成的组中的至少1种，CaFbIc中，a为1以上且3以下的整数，b及c为1以上的整数，b+c≤2a+2，b+c为偶数。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的干蚀刻方法，其中，所述干蚀刻剂进而包含非活性气体，
所述非活性气体为选自由He、Ne、Ar、Kr、Xe及N2组成的组中的至少1种。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的干蚀刻方法，其中，所述干蚀刻剂仅由C3F6、所述含氢饱和氟碳、氧化性气体及非活性气体构成。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的干蚀刻方法，其中，C3F6为六氟丙烯。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的干蚀刻方法，其中，所述掩模包含非晶碳。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的干蚀刻方法，其中，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：大森启之，铃木圣唯，
申请(专利权)人：中央硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP