干式蚀刻方法技术

本发明专利技术的干式蚀刻方法的特征在于：其是对形成在基板上的硅氧化物层与硅氮化物层的积层膜，隔着形成在所述积层膜上的掩模，进行使干式蚀刻剂等离子体化并施加500V以上的偏压电压的蚀刻，从而对该层形成垂直方向的贯通孔的方法，并且所述干式蚀刻剂至少包含C3H2F4、C

【技术实现步骤摘要】
干式蚀刻方法
[0001]分案申请的相关信息
[0002]本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2016年7月1日、申请号为201680044981.7、专利技术名称为“干式蚀刻方法”的专利技术专利申请案。


[0003]本专利技术涉及一种使用含有含氟不饱和烃的干式蚀刻剂的干式蚀刻方法。

技术介绍

[0004]目前，在半导体制造中，微细化不断接近物理极限，为了弥补此情况，业界正开发在高度方向上积层构造物而集成的方法。该倾向在NAND闪存中尤为显著地观察到，且正积极进行三维NAND闪存的研究开发。
[0005]例如，在非专利文献1中记载的三维NAND闪存中，采用如下结构：将多晶硅(以下称为poly
‑
Si或p
‑
Si)层与硅氧化物(以下称为SiO
x
)层在基板上交替地积层多层，对该层于垂直方向上嵌入有成为电极的构造物。然而，在实际制作此种元件的情况下，由于作为基底的基板与积层膜中所含的层均为Si，所以在积层膜的蚀刻步骤中，会对基板造成损伤，难以仅对包含p
‑
Si与SiO
x
的积层膜进行蚀刻加工。
[0006]因此，如非专利文献2所示，也研究使用包含氮化硅(以下称为SiN)与SiO
x
的积层膜代替包含p
‑
Si与SiO
x
的积层膜的NAND闪存。在此情况下的制作方法的一例中，如图1(a)所示，在基板4上预先制作包含SiN层1与SiO
x/>层2的交替积层膜，如图1(b)所示，通过蚀刻加工对该层于垂直方向上制作贯通孔5。其后，虽未图示，但也进行除去SiN层而形成闸极的步骤等。
[0007]在对该积层膜的层于垂直方向上形成贯通孔的步骤中，如非专利文献3所示，揭示有如下步骤：在形成被称作BiCS(Bit Cost Scalable，位成本可调节)的大容量存储器时，作为各自独立的步骤，对Si与SiO2的交替积层膜交替地重复进行Si的蚀刻与SiO2的蚀刻而形成贯通孔。
[0008]然而，由于作为对每层分别独立的步骤进行蚀刻，所以伴随积层数的增加，步骤数也大幅地增加。另外，如果仅有以往的CF系气体，则对SiN的蚀刻速度缓慢，根据情况会于SiN层产生沉积，无法获得所需的蚀刻形状。因此，如专利文献1所示，也有使用如下方法的情况：通过包含CF系气体与CHF系气体的混合气体，利用1次等离子体蚀刻同时对不同种类的层进行蚀刻。
[0009]另外，在专利文献2中揭示有包含以HFO
‑
1234ze(E)为主的含氟不饱和烃的蚀刻剂具有对SiN及SiO2均较高的蚀刻速度，且与掩模的选择性高，能够进行高纵横比的蚀刻。
[0010][现有技术文献][0011][专利文献][0012][专利文献1]日本专利特开2003
‑
86568号公报
[0013][专利文献2]日本专利特开2012
‑
114402号公报
[0014][非专利文献][0015][非专利文献1]青地英明、另外2名，东芝评论，2011年9月，66卷，9号，p16～19
[0016][非专利文献2]Jim Handy'An Alternative Kind of Vertical 3D NAND String',[online]；The Memory Guy,[2013年11月8日发行],网址＜URL：http：//thememoryguy.com/an
‑
alternative
‑
kind
‑
of
‑
vertical
‑
3d
‑
nand
‑
string/＞
[0017][非专利文献3]市川尚志、另外2名，东芝评论，2011年5月，66卷，5号，p29～33

技术实现思路

[0018][专利技术要解决的问题][0019]如上所述，如专利文献1般揭示有如下方法：通过包含以C4F8为主的CF系气体与包含氢的CHF系气体的混合气体，利用1次等离子体蚀刻同时对不同种类的层进行蚀刻。然而，这些方法中存在如下问题：未充分获得与掩模的蚀刻选择性，在积层膜的膜厚较厚的情况下，掩模无法耐受至蚀刻完成。另外，存在于该蚀刻过程中侧壁保护膜的形成也不充分，产生翘起(Bowing)等蚀刻形状异常的问题。
[0020]另一方面，如专利文献2中所揭示般，包含1,3,3,3
‑
四氟丙烯、添加气体及惰性气体的蚀刻剂与以C4F6或C4F8为主的CF系气体相比，掩模的蚀刻选择性更高，并且可以抑制掩模的刻面或翘起等蚀刻形状的异常。
[0021]此处，根据专利文献2的实施例也明确得知，在包含1,3,3,3
‑
四氟丙烯、添加气体及惰性气体的蚀刻气体中，SiN的蚀刻速度大小为相对于SiO
x
的蚀刻速度1.2倍左右。该特性在防止因仅使用所述CF系气体的情况下产生的于SiN层的蚀刻速度的降低所导致的蚀刻形状异常的方面有效，但对于用以形成具有如纵横比超过20的极大纵横比的贯通孔的积层膜的深层蚀刻而言，可能成为蚀刻形状异常的新原因。得知其原因在于，本专利技术人等为了获得充分的蚀刻速度与离子的直线性，而赋予相对较大的电力及离子能量来实施，结果该蚀刻气体的分解过度进行，或因而导致SiN层的蚀刻与SiO
x
层的蚀刻相比变得过大，且该比最大达到2.0倍以上，造成除各向异性蚀刻以外，SiN层的各向同性蚀刻也会进行。
[0022]已知构成SiN的Si
‑
N键与构成SiO
x
的Si
‑
O键相比键结能弱。因此，如果SiO
x
不为处于通过施加偏压电压而提高离子能量的状态，则蚀刻基本不会进行。另一方面，SiN是在使用包含H原子与F原子的蚀刻气体来进行蚀刻的情况下，即便未施加偏压电压，也相对容易地进行蚀刻。因此，认为在实施所述高纵横比的蚀刻时SiN选择性地也于水平方向上各向同性地被蚀刻。另外，构造上，有SiN层存在于SiO
x
层上的情况，在此种情况下，与相对于该层垂直方向上的SiO
x
蚀刻速度相比，反而相对于该层水平方向的SiN蚀刻速度变大。其结果，如图2所示，会过度产生SiN层的水平方向的SiN蚀刻。
[0023]该水平方向的SiN蚀刻过度产生的机制探讨为如下内容。在通常的蚀刻制程中，在电洞内始终存在具有对SiN既进行各向异性蚀刻也进行各向同性蚀刻的电位的活性物质，此处再加上经偏压电压加速的离子，由此，除各向同性蚀刻以外，各向异性蚀刻也成为优势。但是一般认为，在下层的SiO
x
层露出的情况下，因在相对于该层垂直方向上不存在SiN，所以所述针对于SiN的活性物质无法对所述各向异性蚀刻起到助益，而有助于对所有水平方向上的各向同性蚀刻。因此，认为与贯通SiO<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干式蚀刻方法，其特征在于：其是对形成在基板上的硅氧化物层与硅氮化物层的积层膜，隔着形成在所述积层膜上的具有特定开口图案的掩模，进行使干式蚀刻剂等离子体化并施加500V以上的偏压电压的蚀刻，从而对该层形成垂直方向的贯通孔的方法，并且所述干式蚀刻剂至少包含C3H2F4、C
x
F
y
(x＝2～5的整数，y＝2、4、6、8或10，y≦2x)所表示的不饱和全氟碳及氧化性气体，且所述干式蚀刻剂中所含的所述不饱和全氟碳的体积为所述干式蚀刻剂中所含的所述C3H2F4的体积的0.1～10倍的范围。2.根据权利要求1所述的干式蚀刻方法，其特征在于：所述不饱和全氟碳是选自由C3F6、C4F6、C4F8及C5F8所组成的群中的至少一种。3.根据权利要求1所述的干式蚀刻方法，其特征在于：所述干式蚀刻剂中的所述不饱和全氟碳与C3H2F4的合计浓度为5体积％以上。4.根据权利要求1所述的干式蚀刻方法，其特征在于：所述氧化性气体是选自由O2、O3、CO、CO2、COCl2、COF2及NO2所组成的群中的至少一种。5.根据权利要求1所述的干式蚀刻方法，其特征在于：所述干式蚀刻剂还包含惰性气体，且所述惰性气体是选自由He、Ne、Ar、Kr、Xe及N2所组成的群中的至少一种。6.根据权利要求5所述的干式蚀刻方法，其特征在于：所述干式蚀刻剂仅包含C3H2F4、所述不饱和全氟碳、所述氧化性气体及所述惰性气体。7.根据权利要求1所述的干式蚀刻方法，其特征在于：C3H2F4为1,3,3,3...

【专利技术属性】
技术研发人员：大森启之，八尾章史，
申请(专利权)人：中央硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：