蚀刻方法技术

本发明专利技术是一种用于在能够被抽空以在其中产生真空的处理容器中，在等离子体存在的情况下在待处理物体上执行蚀刻处理的蚀刻方法，在待处理物体中，在由含硅材料制成的基底层上形成有由含钨材料制成的待蚀刻层，其中含氯气体、含氧气体和含氮气体被用作用于执行蚀刻处理的蚀刻气体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于使用等离子体活化的蚀刻气体在待处理物体如半导体晶片的表面上实施蚀刻处理的蚀刻方法和蚀刻设备。
技术介绍
在半导体产品的集成电路的制造中，待处理物体如半导体晶片通常会经历各种处理，诸如薄膜沉积处理、改性处理、氧化和扩散处理、蚀刻处理等等。近年来，半导体电路在具有增大的密度和更薄的膜厚的同时，已经需要被进一步小型化。此外，产品的成品率也需要改善。因此，在蚀刻处理中，日益需要精确地形成如设计中所指定的蚀刻形状并同时保持待蚀刻层相对于基底层的高选择性。在蚀刻处理中，通常考虑待蚀刻层与位于待蚀刻层下方充当蚀刻终止层的基底层之间的选择性来选择蚀刻气体。已经有在蚀刻处理中利用等离子体的趋势，以便能够在较低温度下对待处理物体进行蚀刻，并且能够提高蚀刻效率(参见JP11-111689A和JP2004-39935A)。本文给出的作为实例来描述传统蚀刻处理的是下述情况在形成于多晶硅层上的含钨膜上蚀刻图案，以便制造栅电极。图8是待处理物体的一部分的放大截面图。如图8所示，待处理物体包括半导体晶片W，诸如硅基板。在半导体晶片W的表面上，形成有要成为栅氧化物膜的SiO2膜2和由含硅材料形成的基底层4(例如多晶硅层)。在基底层4上形成有由含钨材料制成的待蚀刻层6。在该实例中，待蚀刻层6具有包括作为下层的氮化钨(WN)膜6A和作为上层的钨(W)膜6B的积层结构。在待蚀刻层6的上表面上形成有用于形成栅电极的图案掩模8。例如，SiN膜、SiO2膜或光致抗蚀膜可以用作掩模8。具有上述积层结构的半导体晶片W在传统上通过使用蚀刻气体如Cl2气、NF3气和SF6气，并使用用于提高相对于基底层的选择性的添加气体如O2气等，来进行蚀刻。这些气体由等离子体活化以用于蚀刻处理。根据需要，有时供给惰性气体如Ar气。可选地，N2气可以代替O2气来使用。上述半导体晶片W根据以下方式被蚀刻。蚀刻气体由等离子体离子化，并被活化以产生活性物种，并且该活性物种侵蚀待蚀刻层6。此时，待蚀刻层6的材料、活性物种和添加气体彼此反应而产生反应产物。反应产物被汽化和排出。由此，待蚀刻层6中除了由掩模8保护的部分之外的所有部分均被削去。蚀刻操作在充当终止层的基底层4处停止。在蚀刻处理的过程中，多种物质作为反应产物被产生。反应产物如WF和WOCl4由于其相对高的挥发性而不会引起任何问题。然而，当使用Cl系气体作为蚀刻气体时产生的反应产物如WO3和WClxOy(x和y分别代表正数)的缺点在于，这种还原产物由于其相对低的挥发性而易于被沉积。如上所述，当提高O2气的流量时，能够提高相对于基底层4的选择性。然而，当O2气的流量提高时，难以汽化的反应产物如WO3和WClxOy可能会附着到蚀刻部分而使蚀刻形状劣化。另一方面，当使用高反应性的F系气体作为蚀刻气体时，待蚀刻层6可能会被过度刮削而产生底切，这也会导致劣化的蚀刻形状。图9A至9C是采用电子显微镜拍摄的照片及其示意图，它们分别显示出通过传统蚀刻处理形成的蚀刻形状的实例。图9A是显示出通过适当的蚀刻处理获得的适当的蚀刻形状的示意图。图9B显示出通过使用添加有N2的Cl2气作为蚀刻气体获得的蚀刻形状。在该蚀刻处理中，不挥发性沉积物10如WO3和WClxOy被沉积在蚀刻形状的外围。图9C显示出通过使用添加有O2的Cl2气作为蚀刻气体获得的蚀刻形状。在该蚀刻处理中，蚀刻形状的外围被过度、弧状地刮削，而产生了底切部分12。也就是说，如图9B和9C所示，传统蚀刻处理可以引起劣化的蚀刻形状。另一方面，仅使用Cl2气作为蚀刻气体极大地降低了选择性，使得作为基底层的多晶硅层可能会被不合需要地刮削。迄今为止，由于关于例如线宽的尺寸设计规则不那么严格，蚀刻形状中的这种劣化可以被忽略不计。然而，随着尺寸设计规则越来越严格以实现进一步的小型化，蚀刻形状的劣化问题现在需要得到解决。
技术实现思路
考虑到上述缺点，本专利技术被做出以高效地解决上述问题。本专利技术的目的是提供一种能够提供适当的蚀刻形状，同时保持相对于基底层的高选择性的蚀刻方法和蚀刻设备。本专利技术人已经对蚀刻处理中使用的蚀刻气体和添加气体进行了大量的研究，并发现以下事实。即，在蚀刻由含钨材料形成的薄膜如钨膜和氮化钨膜的蚀刻处理中，可以通过使用下述气体来获得高选择性和适当的蚀刻形状Cl2气、O2气和N2气；或者Cl2气和氧化氮系气体如NO。基于该发现，本专利技术人做出了本专利技术。本专利技术是一种用于在能够被抽空以在其中产生真空的处理容器中，在等离子体存在的情况下在待处理物体上执行蚀刻处理的蚀刻方法，在待处理物体中，在由含硅材料制成的基底层上形成有由含钨材料制成的待蚀刻层，其中含氯气体、含氧气体和含氮气体被用作用于执行蚀刻处理的蚀刻气体。根据本专利技术，含氯气体、含氧气体和含氮气体被用作用于执行蚀刻处理的蚀刻气体。因此，能够提供适当的蚀刻形状，同时保持相对于基底层的高选择性。在该情况中，例如，含氧气体的添加量与含氯气体和含氮气体的总流量之比在2.9％和8.6％之间的范围内，并且含氮气体的流量与含氯气体和含氮气体的总流量之比在50％和80％之间的范围内。可选地，本专利技术是一种用于在能够被抽空以在其中产生真空的处理容器中，在等离子体存在的情况下在待处理物体上执行蚀刻处理的蚀刻方法，在待处理物体中，在由含硅材料制成的基底层上形成有由含钨材料制成的待蚀刻层，其中含氯气体和氧化氮系气体被用作用于执行蚀刻处理的蚀刻气体。根据本专利技术，含氯气体和氧化氮系气体被用作用于执行蚀刻处理的蚀刻气体。因此，能够提供适当的蚀刻形状，同时保持相对于基底层的高选择性。在该情况中，例如，等离子体由微波产生。另外，例如，蚀刻处理是在包括RLSA(径向线缝隙天线)型平面天线部件的处理容器中执行的。另外，例如，基底层由多晶硅层形成，并且待蚀刻层具有包括氮化钨膜和钨膜的积层结构。另外，本专利技术是一种存储用于控制蚀刻设备，使得该蚀刻设备通过使用含氯气体、含氧气体和含氮气体作为蚀刻气体来执行蚀刻处理的程序的计算机可读存储介质，该蚀刻设备用于在能够被抽空以在其中产生真空的处理容器中，在等离子体存在的情况下在待处理物体上执行蚀刻处理，在待处理物体中，在由含硅材料制成的基底层上形成有由含钨材料制成的待蚀刻层。另外，本专利技术是一种存储用于控制蚀刻设备，使得该蚀刻设备通过使用含氯气体和氧化氮系气体作为蚀刻气体来执行蚀刻处理的程序的计算机可读存储介质，该蚀刻设备用于在能够被抽空以在其中产生真空的处理容器中，在等离子体存在的情况下在待处理物体上执行蚀刻处理，在待处理物体中，在由含硅材料制成的基底层上形成有由含钨材料制成的待蚀刻层。另外，本专利技术是一种蚀刻设备，其包括处理容器，其内部能够被抽空以产生真空；设置在处理容器中的载物台，用于将待处理物体放置在其上，在待处理物体中，在由含硅材料制成的基底层上形成有由含钨材料制成的待蚀刻层；供气单元，用于将含氯气体、含氧气体和含氮气体作为用于执行蚀刻处理的蚀刻气体供应到处理容器中；等离子体产生单元，用于在处理容器中产生等离子体；控制单元，用于控制供气单元和等离子体产生单元执行将蚀刻气体供应到处理容器中和在处理容器中产生等离子体的步骤以执行蚀刻处理。另外，本专利技术是一种蚀刻设备，其包括处理容器，其内部能够被抽空以产生真空；设置在处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蚀刻方法，用于在能够被抽空以在其中产生真空的处理容器中，在等离子体存在的情况下在待处理物体上执行蚀刻处理，在所述待处理物体中，在由含硅材料制成的基底层上形成有由含钨材料制成的待蚀刻层，其中含氯气体、含氧气体和含氮气体被用作用于执 行所述蚀刻处理的蚀刻气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-11-29 344608/20041.一种蚀刻方法，用于在能够被抽空以在其中产生真空的处理容器中，在等离子体存在的情况下在待处理物体上执行蚀刻处理，在所述待处理物体中，在由含硅材料制成的基底层上形成有由含钨材料制成的待蚀刻层，其中含氯气体、含氧气体和含氮气体被用作用于执行所述蚀刻处理的蚀刻气体。2.如权利要求1所述的蚀刻方法，其中所述含氧气体的添加量与所述含氯气体和所述含氮气体的总流量之比在2.9％和8.6％之间的范围内，并且所述含氮气体的流量与所述含氯气体和所述含氮气体的总流量之比在50％和80％之间的范围内。3.一种蚀刻方法，用于在能够被抽空以在其中产生真空的处理容器中，在等离子体存在的情况下在待处理物体上执行蚀刻处理，在所述待处理物体中，在由含硅材料制成的基底层上形成有由含钨材料制成的待蚀刻层，其中含氯气体和氧化氮系气体被用作用于执行所述蚀刻处理的蚀刻气体。4.如权利要求1至3中的任一项所述的蚀刻方法，其中所述等离子体由微波产生。5.如权利要求1至4中的任一项所述的蚀刻方法，其中所述蚀刻处理在包括RLSA(径向线缝隙天线)型平面天线部件的所述处理容器中被执行。6.如权利要求1至5中的任一项所述的蚀刻方法，其中所述基底层由多晶硅层形成，并且所述待蚀刻层具有包括氮化钨膜和钨膜的积层结构。7.一种存储用于控制蚀刻设备的程序的计算机可读存储介质，所述蚀刻设备用于在能够被抽空以在其中产生真空的处理容器中，在等离子体存在的情况下在待处理物体上执行蚀刻处理，在所述待处理物体中，在由含硅材料制成的基底层上形成有由含钨材料制成的待蚀刻层，所述程序使得所述蚀刻设备通过使用含氯气体、含氧气体和含氮气体作为蚀刻气体来执行蚀刻处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：西塚哲也，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]