CN108701613A

CN108701613A - 等离子体蚀刻方法

Info

Publication number: CN108701613A
Application number: CN201780015395.4A
Authority: CN
Inventors: 樱井隆觉
Original assignee: Nippon Zeon Co Ltd
Current assignee: Zeon Corp
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2018-10-23
Also published as: JPWO2017164089A1; TW201735159A; EP3435408A1; WO2017164089A1; EP3435408A4; KR20180128901A; US10497580B2; US20190252202A1

Abstract

本发明涉及等离子体蚀刻方法，其包含将包含能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体的处理气体供给到处理容器内、将处理容器内设为对能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值成为0.33以上的条件、对被处理体上的硅氮化物膜进行等离子体蚀刻的第1蚀刻工序，上述能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体为2‑溴‑3,3,3‑三氟丙烯气体、1‑溴‑3,3,3‑三氟丙烯气体、(E)‑1‑溴‑3,3,3‑三氟丙烯气体和/或3‑溴‑2,3,3‑三氟丙烯气体。

Description

等离子体蚀刻方法

技术领域

本发明涉及一种等离子体蚀刻方法，特别是涉及能够选择性地等离子体蚀刻硅氮化物膜的方法。

背景技术

在半导体设备的制造中，在对被处理体上所形成的薄膜进行微细加工时，有时使用处理气体进行等离子体蚀刻。这样的薄膜可以为例如：由硅氮化物膜、硅氧化物膜等硅化合物膜、无定形碳、光致抗蚀剂组合物等形成的以碳为主成分的有机膜；由多晶硅膜、非晶硅等形成的以无机物为主成分的无机膜。将这些多种薄膜中的一个作为蚀刻加工对象、将其它薄膜作为非加工对象的情况下，需要相对于同一个被处理体上所形成的非加工对象而选择性地蚀刻加工对象。即，需要提高蚀刻时的选择性。此外，近年来，要求进一步降低制造半导体设备时的环境负担。

因此，在现有技术中，提出了用于选择性地蚀刻设置在被处理体的基板上的硅氧化物膜的等离子体蚀刻方法(参考例如专利文献1)。在专利文献1中，公开了一种等离子体蚀刻方法，其使用了如下等离子体蚀刻气体，该等离子体蚀刻气体具有至少一个以上的不饱和键和/或醚键，且具有溴原子，含有碳原子数为3或4的氟碳。根据该等离子体蚀刻方法，能够使用大气寿命短、环境负担较小的等离子体蚀刻气体对硅氧化物膜发挥优异的蚀刻选择性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/124726号。

发明内容

发明要解决的问题

另一方面，在制造半导体设备时，也需要选择性地蚀刻设置在被处理体上的硅氮化物膜。

但是，专利文献1所公开的等离子体蚀刻方法为选择性地蚀刻硅氧化物膜的方法，不能选择性地蚀刻硅氮化物膜。

因此，本发明的目的在于提供能够使用环境负担较小的等离子体蚀刻气体对硅氮化物膜高选择性地进行蚀刻的等离子体蚀刻方法。

用于解决问题的方案

本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究。然后，本发明人发现，使用环境负担较小、具有至少一个不饱和键、能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体作为等离子体蚀刻用的处理气体，将蚀刻处理容器内的气氛设为满足特定条件的气氛，由此能够高选择性地蚀刻硅氮化物膜，以至完成了本发明。

即，本发明以有利地解决上述课题为目的，本发明的等离子体蚀刻方法的特征在于，能够等离子体蚀刻具有硅氮化物膜的被处理体，包含以下工序：准备工序，将上述被处理体载置在处理容器内；以及第1蚀刻工序，将包含能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体的处理气体供给到上述处理容器内，将上述处理容器内设为对上述能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值成为0.33以上的条件，对上述被处理体上的硅氮化物膜进行等离子体蚀刻，上述能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体为2-溴-3,3,3-三氟丙烯气体、1-溴-3,3,3-三氟丙烯气体、(E)-1-溴-3,3,3-三氟丙烯气体和/或3-溴-2,3,3-三氟丙烯气体。如果使用包含能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的特定的化合物的气体的处理气体而等离子体蚀刻硅氮化物膜，则能够以低环境负担高选择性地蚀刻硅氮化物膜。

在此，在本发明中，能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体的C F₂/F比的值能够由通过基于JIS K 0116的发射光谱分析而得到的光谱求出来自CF₂的明线光谱(λ＝263nm)的强度值I_CF2和来自F的明线光谱(λ＝703nm)的强度值I_F，作为(I_CF2/I_F)的值而算出。

此外，在本发明中，“选择性地”蚀刻是指蚀刻选择比超过1，特别是“对硅氮化物膜高选择性地”进行蚀刻是指蚀刻选择比为2以上，优选为10以上，更优选为无限大。

在此，在本发明的等离子体蚀刻方法中优选：上述被处理体进一步具有硅氧化物膜，上述等离子体蚀刻方法进一步包含在上述CF₂/F比的值小于0.17的条件下对上述被处理体上的硅氧化物膜进行等离子体蚀刻的第2蚀刻工序，包含将上述第1蚀刻工序和第2蚀刻工序切换而实施的情况。这是因为，由于能够切换硅氮化物膜及硅氧化物膜这两者而选择性地进行蚀刻，因此能够使等离子体蚀刻方法的效率性和便利性提高。

进而，在本发明的等离子体蚀刻方法中，优选上述处理气体中所包含的含有氟和/或碳的气体仅由上述能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体形成。如果使用仅包含上述的能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的特定的化合物的气体作为含有氟和/或碳的气体的处理气体而等离子体蚀刻硅氮化物膜，则能够进一步高选择性地蚀刻硅氮化物膜。

此外，在本发明的等离子体蚀刻方法中，优选上述能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体包含2-溴-3,3,3-三氟丙烯气体。这是因为，能够使蚀刻时的选择性进一步提高。

发明效果

根据本发明，能够提供能够使用环境负担较小的等离子体蚀刻气体对硅氮化物膜高选择性地进行蚀刻的等离子体蚀刻方法。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行详细说明。本发明的等离子体蚀刻方法可用于半导体设备的制造工艺中。本发明的等离子体蚀刻方法为能够等离子体蚀刻具有硅氮化物膜的被处理体的等离子体蚀刻方法。被处理体只要是能够用于等离子体蚀刻则没有特别限定，可以为任意对象物。被处理体可包含例如玻璃基板、硅单晶晶片、镓-砷基板。而且，例如被处理体可以是在硅单晶晶片上具有硅氮化物膜、根据需要而形成的硅氧化物膜、有机膜和/或无机膜而成的。

此外，在本说明书中，“硅氮化物膜”是指由Si₃N₄(SiN)、SiCN、SiB CN等含有氮原子的硅化合物所形成的膜。此外，在本说明书中，“硅氧化物膜”是指由SiO₂、SiOC、SiOCH等含有氧原子的硅化合物所形成的膜。进而此外，在本说明书中，“有机膜”是指将碳作为主成分的膜。“将碳作为主成分”是指形成膜的材料中所包含的碳的比例超过50质量％，具体而言是指由无定形碳等碳系材料、光致抗蚀剂组合物等形成的膜(以下也称作抗蚀剂膜)。另外，作为光致抗蚀剂组合物，可举出KrF抗蚀剂组合物、A rF抗蚀剂组合物以及X射线抗蚀剂组合物等。进而，在本发明中，“无机膜”是指硅氧化物膜、硅氮化物膜以外的将无机物作为主成分的膜，是指形成膜的材料的超过50％为无机物的膜。具体而言，可举出多晶硅膜以及非晶硅膜等。

此外，在本发明的等离子体蚀刻方法中，“蚀刻”是指在半导体设备的制造工序等中使用的、在具备加工对象和非加工对象的被处理体蚀刻极端高度集成的微细图案的技术。此外，“等离子体蚀刻“是指对处理气体施加高频电场引起辉光放电而使处理气体分离成化学活性的离子、电子、中性物质，利用基于这些活性物质与蚀刻对象材料的化学反应和物理碰撞的反应来进行蚀刻的技术。

(等离子体蚀刻方法)

本发明的等离子体蚀刻方法包含准备工序以及第1蚀刻工序，在上述准备工序中，将被处理体载置在处理容器内，在上述第1蚀刻工序中，将包含能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体的处理气体供给到处理容器内，将处理容器内用处理气体填充，以对上述能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的特定的化合物的气体进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值成为0.33以上的条件，对被处理体上的硅氮化物膜进行等离子体蚀刻，上述能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体为2-溴-3,3,3-三氟丙烯气体、1-溴-3,3,3-三氟丙烯气体、(E)-1-溴-3,3,3-三氟丙烯气体和/或3-溴-2,3,3-三氟丙烯气体。进而，本发明的等离子体蚀刻方法优选：被处理体进一步具有硅氧化物膜，上述等离子体蚀刻方法进一步包含在CF₂/F比的值小于0.17的条件下对上述被处理体上的硅氧化物膜进行等离子体蚀刻的第2蚀刻工序，包含将第1蚀刻工序和第2蚀刻工序切换而实施的情况。以下，对各工序进行说明。

<准备工序>

首先，将被处理体设置于等离子体蚀刻装置所具备的干蚀刻室(即处理容器)内，对处理容器进行脱气至真空。另外，本发明的等离子体蚀刻方法能够没有特别限定地使用通常的等离子体蚀刻装置来进行实施。其中，尤其优选使用反应性离子蚀刻(RIE)装置。作为RIE装置，可举出螺旋波方式等离子体蚀刻装置、高频感应方式等离子体蚀刻装置、平行平板型等离子体蚀刻装置、磁控管方式等离子体蚀刻装置、或微波方式等离子体蚀刻装置等。在本发明中，可适合使用平行平板型等离子体蚀刻装置、高频感应方式等离子体蚀刻装置以及微波方式等离子体蚀刻装置。这是因为，能够使高密度区域的等离子体容易地产生。

进而，在准备工艺中，可以将被处理体的温度调节为例如-50℃以上，更优选调节为-20℃以上，进一步优选调节为-10℃以上，优选调节为300℃以下，更优选调节为200℃以下，进一步优选调节为100℃以下。此外，被处理体的温度能够使用例如氦气等冷却气体和冷却装置来控制。向其中以分别成为规定的速度和压力的方式导入后述的各种气体。各种气体的导入速度可以根据处理气体中的各种气体的混合比例来确定。而且，在向处理容器内供给处理气体时，处理容器内的压力通常保持在0.0013Pa以上且1300Pa以下的范围，优选保持在0.13Pa以上且5Pa以下的范围。

[处理气体]

处理气体包含作为2-溴-3,3,3-三氟丙烯气体、1-溴-3,3,3-三氟丙烯气体、(E)-1-溴-3,3,3-三氟丙烯气体和/或3-溴-2,3,3-三氟丙烯气体的能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体，还可任选包含这些能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体以外的其它氟碳气体、含有氟或碳的气体、稀有气体和/或氧气等。处理气体包含能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的特定的化合物的气体，在第1蚀刻工序中，将处理容器内设为对能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的特定的化合物的气体进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值成为0.33以上的条件(以下也称作“第1蚀刻条件”。)，由此能够相对于硅氧化物膜高选择性地蚀刻硅氮化物膜。

在此，根据本发明人等的研究，判明了以下情况，即，在作为环境负担较小的气体而进入视野的具有至少1个不饱和键的、能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体中，包含作为2-溴-3,3,3-三氟丙烯气体、1-溴-3,3,3-三氟丙烯气体、(E)-1-溴-3,3,3-三氟丙烯气体和/或3-溴-2,3,3-三氟丙烯气体的能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体的处理气体可发挥显著的特性。也就是说，明确了以下情况，即，在将包含这些能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的特定的化合物的气体的处理气体作为等离子体蚀刻气体而采用的情况下，将处理容器内设为对能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的特定的化合物的气体进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值成为0.33以上的条件，由此能够相对于硅氧化物膜高选择性地蚀刻硅氮化物膜。换言之，明确了以下情况，即，通过将处理容器内设为与来自能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的特定的化合物的气体的CF₂对应的明线光谱的值(λ＝263nm)为与来自同一气体的F对应的明线光谱的值(λ＝703nm)的规定倍以上的条件，从而能够提高硅氮化物膜对硅氧化物膜的蚀刻选择比。

[[能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的特定的化合物的气体(气体A)]]

处理气体需要包含能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的特定的化合物的气体(以下，也称作“气体A”)。更具体而言，气体A需要包含选自2-溴-3,3,3-三氟丙烯气体、1-溴-3,3,3-三氟丙烯气体、(E)-1-溴-3,3,3-三氟丙烯气体和3-溴-2,3,3-三氟丙烯气体中的一种或多种的气体。在此，这些特定的化合物的气体在分子内具有一个不饱和键，因此，大气寿命较短，环境负担小。进而，2-溴-3,3,3-三氟丙烯的沸点为29℃～30℃，1-溴-3,3,3-三氟丙烯和(E)-1-溴-3,3,3-三氟丙烯的沸点为39℃～39.5℃，3-溴-2,3,3-三氟丙烯的沸点为65℃，作为处理气体而供给于处理容器时的操作容易。而且，在使用了气体A的蚀刻处理中，如果满足上述的第1蚀刻条件，则能够使具有硅氮化物膜和硅氧化物膜的被处理体上的硅氮化物膜对硅氧化物膜的蚀刻选择性提高。进而，处理气体在选择性地蚀刻硅氮化物膜的第1蚀刻工序中，优选为能够将对处理容器内的气氛进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值设为0.33以上的配合。如果将处理容器内的CF₂/F比的值设为0.33以上，则能够使硅氮化物膜对硅氧化物膜的蚀刻选择性进一步提高。进而，在几个实施方式中，处理气体中所包含的含有氟和/或碳的气体可以仅为能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的上述特定的化合物的气体。处理气体中所包含的CF₂自由基、F自由基的全部来自于气体A的情况下，处理容器内的气氛中的CF₂/F比的值的控制容易，能够容易实现高的蚀刻选择比。进而，在几个实施方式中，能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的上述特定的化合物的气体可包含2-溴-3,3,3-三氟丙烯气体。如果处理气体中所包含的能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的上述特定的化合物的气体包含2-溴-3,3,3-三氟丙烯气体，则能够使蚀刻选择比进一步提高。特别是在几个实施方式中，处理气体仅包含2-溴-3,3,3-三氟丙烯气体作为含有氟和/或碳的气体。在该情况下，等离子体蚀刻方法中使用的气体的种类少，因此，等离子体蚀刻方法的效率性和便利性高。

[[处理气体中的气体A的比例]]

在此，就在第1蚀刻工序所供给的处理气体中的气体A的比例而言，在将处理气体总体设为100体积％的情况下，优选为30体积％以上，更优选为35体积％以上。此外，在第2蚀刻工序所供给的处理气体中的气体A的比例优选小于30体积％，更优选为20体积％以下。这是因为，通过在第1蚀刻工序和第2蚀刻工序中分别将处理气体中的气体A的比例设为该范围内，从而能够容易地将各工序中的CF₂/F比的值调节在合适范围内。

[[氟碳气体和含氟或碳气体]]

进而，处理气体除了包含上述的气体A以外，只要不损害本发明的等离子体蚀刻方法的效果，还可包含气体A以外的其它氟碳气体，进而还可包含含有氟或碳的气体。该氟碳气体可包含例如选自以下一系列氟碳中的一种或多种。它们可以为CF₄、CH₃F、CHF₃、CH₂F₂、C₄F₈、C₄F₆和C₅F₈。

进而，处理气体除了包含气体A以外，只要不损害本发明的等离子体蚀刻方法的效果，还可包含含氟或碳气体。该含氟或碳气体可以为例如SF₆、烃的气体。

通过使处理气体含有2-溴-3,3,3-三氟丙烯气体以外的其它氟碳气体、含氟或碳气体，从而能够根据被处理体的种类等适当调节蚀刻速度、通过蚀刻而得到的图案的形状等。

[[氟碳气体等的混合比例]]

另外，在将气体A以外的其它氟碳、含有氟或碳的气体配合在处理气体中的情况下，其混合比例能够以满足上述的第1蚀刻条件的方式来确定。更具体而言，在将气体A设为100体积份的情况下，处理气体中所含有的气体A以外的其它氟碳、含有氟或碳的气体的混合比例优选为5000体积份以下，更优选为2000体积份以下。

[[其它气体]]

如上所述，能够根据需要在处理气体中混合稀有气体、氧气等其它气体而使用。作为稀有气体，可举出选自氦气、氩气、氖气、氪气和氙气中的至少一种。其中，作为稀有气体，能够优选使用氩气。通过在处理气体中混合稀有气体、氧气而使用，从而能够根据需要调节蚀刻速度。

[[稀有气体的混合比例]]

在处理气体中混合稀有气体而使用的情况下，稀有气体的混合比例相对于100体积份的气体A通常为20000体积份以下，优选为15000体积份以下。

[[氧气的混合比例]]

在处理气体中混合氧气而使用的情况下，氧气的混合比例相对于100体积份的气体A通常为1体积份以上，优选为100体积份以上，通常为5000体积份以下，优选为200体积份以下。

另外，作为处理气体而使用的上述气体A、以及可任选地含在处理气体中的氟碳气体、含氟或碳气体、稀有气体和氧气等各气体通常各自独立地填充于高压瓶等容器而被运输，与等离子体蚀刻装置连接设置。而且，通过打开高压瓶等的阀门，从而能够将各气体以规定比例导入到受等离子体作用的处理容器内，等离子体作用于各气体，在后述的第1蚀刻工序等中使蚀刻进行。

<第1蚀刻工序>

第1蚀刻工序为相对于被处理体上的硅氧化物膜选择性地等离子体蚀刻硅氮化物膜的蚀刻工序。就该选择性的蚀刻而言，如上所述，通过使用包含气体A的气体作为处理气体并且将蚀刻处理时的处理容器内的条件设为对气体A进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值成为0.33以上的条件，从而能够实施。优选在第1蚀刻工序中，将处理容器内设为对气体A进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值成为0.35以上的条件。

该CF₂/F比的值能够基于例如对处理容器内所供给的电力即对处理容器所具备的电极施加的电压来进行控制。具体而言，在等离子体蚀刻装置为平行平板型等离子体蚀刻装置的情况下，使对处理容器所具有的上部电极和下部电极供给的电力总量比通常的等离子体蚀刻的情况少，由此能够抑制CF₂/F比的值的下降。更具体而言，将为了在处理容器内产生辉光放电而供给的电力即对处理容器的上部电极所供给的电力设为比通常的等离子体蚀刻的情况少、随之还将供给于下部电极的电力设为比上部电极少且比通常少的值，由此能够将CF₂/F比的值设为期望的范围。虽然其原因不明确，但推测是因为，通过使供于处理容器内的电力量较少，从而能够抑制CF₂离子或自由基分解而F离子或自由基增加。进一步具体而言，例如在使用平行平板型等离子体蚀刻装置的上部电极为60MHz、下部电极为2MHz、它们的电极间距离为35mm的高频型的等离子体蚀刻装置的情况下，能够在对上部电极的供给电力为100W以上且800W以下、对下部电极的供给电力为0W以上且300W以下的范围使它们自由组合。

此外，通过调节作为处理气体而供给的各种气体的流量，调节处理气体中所包含的各种气体的混合比例，也能够变更CF₂/F比的值。例如，通过使处理气体中的气体A的比例提高从而能够提高CF₂/F比的值。

另外，从使等离子体蚀刻的效果更良好地显现的观点出发，期望在高密度等离子体气氛下进行蚀刻工序。第1和第2蚀刻工序中的等离子体密度没有特别限定，优选为10¹²/cm³以上，更优选为10¹²/cm³以上且10¹³/cm³以下。

<第2蚀刻工序>

第2蚀刻工序为相对于硅氮化物膜选择性地等离子体蚀刻被处理体上的硅氧化物膜的蚀刻工序。更具体而言，第2蚀刻工序为在对气体A进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值成为小于0.17的条件(以下，也称作“第2蚀刻条件”)下、在处理容器内等离子体蚀刻被处理体上的硅氧化物膜的工序。本发明人发现有助于气体A选择性地蚀刻硅氮化物膜的第1蚀刻条件后进一步反复进行了研究，发现在CF₂/F比的值小于0.17这一特定的条件下硅氧化物膜选择性地被蚀刻。进而，在第2蚀刻工序中，优选将处理容器内设为对气体A进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值小于0.15的条件，更优选设为小于0.13的条件，进一步优选设为小于0.12的条件。这是因为，能够相对于硅氮化物膜进一步选择性地蚀刻硅氧化物膜。

在此，第2蚀刻工序中的CF₂/F比的值也与第1蚀刻工序的情况同样地能够基于对处理容器内所供给的电力来进行控制。具体而言，在等离子体蚀刻装置为平行平板型等离子体蚀刻装置的情况下，能够通过将对处理容器所具备的上部电极和下部电极供给的电力的总量设为比第1蚀刻工序多、且设为与通常的等离子体蚀刻的情况同等程度，从而使CF₂/F比的值下降至小于所期望的值。更具体而言，至少通过使对处理容器的上部电极所供给的电力比第1蚀刻工序中的供给量多，从而能够将CF₂/F比的值设为期望的范围。进而，优选伴随着对上部电极所供给的电力的增加，也将对下部电极所供给的电力设为比上部电极低，且比第1蚀刻工序中的供给量多。进一步具体而言，在使用例如平行平板型等离子体蚀刻装置的上部电极为60MHz、下部电极为2MHz、且这两个电极间的距离为35mm的高频型的等离子体蚀刻装置的情况下，能够在提供给上部电极的供给电力超过800W、提供给下部电极的供给电力为0W以上且500W以下的范围使它们自由组合。通过像这样地进行而使供于处理容器内的电力比第1蚀刻工序增加，从而能够使CF₂/F比的值比第1蚀刻工序低。虽然其原因不明确，但推测是因为，供于处理容器内部的电能增加，在处理容器内从CF₂离子或自由基向F离子或自由基的分解进行，处理容器内的F自由基的比率升高，CF₂/F比的值变低。

此外，例如通过使处理气体中的稀有气体的比例增加也能够使CF₂/F比的值减小。虽然其原因不明确，但推测是因为，如果处理气体中的稀有气体的比例增加，则在处理容器内被激发的稀有气体离子与CF₂自由基冲击的频率升高，从CF₂自由基向F自由基的分解进行，处理容器内的F自由基的比率升高，CF₂/F比的值变低。

而且，本发明的等离子体蚀刻方法优选在第1蚀刻工序以外还包含实施第2蚀刻工序的情况，更优选在本发明的等离子体蚀刻方法中将第1蚀刻工序和第2蚀刻工序切换而实施。这是因为，通过切换硅氮化物膜和硅氧化物膜这两者而选择性地进行蚀刻，从而能够使等离子体蚀刻方法的效率性和便利性提高。在此，在第1蚀刻工序与第2蚀刻工序之间进行切换时，优选不变更作为处理气体而供给的气体的种类。这是因为，由于能够使用同一种的处理气体来切换硅氮化物膜和硅氧化物膜这两者而选择性地进行蚀刻，因此能够避免由于气体种类的追加或变更而导致的成本的增加和时间的浪费。

实施例

以下，基于实施例对本发明进行具体说明，但本发明并不限定于这些实施例。

实施例和比较例中使用的被处理体、等离子体蚀刻装置以及等离子体蚀刻条件分别如下所述。此外，实施例和比较例中的CF₂/F比和蚀刻选择比分别如下进行测定和评价。

<被处理体>

作为被处理体，准备多个具有以下的膜的硅单晶晶片的芯片。在准备的多个硅单晶晶片的芯片中，有在表面具有硅氮化物膜(Si₃N₄膜)的和在表面具有硅氧化物膜(SiO₂膜)的。

<等离子体蚀刻装置>

作为等离子体蚀刻装置，使用平行平板型等离子体蚀刻装置。平行平板型等离子体蚀刻装置在蚀刻室(处理容器)内具有上部电极和下部电极，上部电极的下面与下部电极的上面的间隔为35mm。平行平板型等离子体产生装置的上部电极的频率为60MHz、下部电极的频率为2MHz。

<CF₂/F比>

在实施例和比较例中，蚀刻时，使用依据JIS K 0116的发射光谱分析装置来实施发射光谱分析。根据得到的光谱，求出来自CF₂的明线光谱(λ＝263nm)的强度值I_CF2和来自F的明线光谱(λ＝703nm)的强度值I_F，算出(I_CF2/I_F)的值。另外，在实施例和比较例中，蚀刻时的处理容器内除了气体A以外不存在可成为CF₂自由基或F自由基的供给源的物质，因此该测定值相当于对气体A进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值。

<蚀刻选择比>

在实施例、比较例中，用椭偏仪测定各种晶片的蚀刻前后的膜厚，根据该测定值算出蚀刻速度。另外，因为在实施例、比较例中将蚀刻时间全部设为60秒，因此用蚀刻前的膜厚减去蚀刻后的膜厚所得到的值直接对应于蚀刻速度的值。然后，按照以下的式根据所得到的速度算出蚀刻选择比。另外，在成为分母的值为0以下的情况下，选择比设为无限大(∞)。蚀刻选择比的值越大，意味着成为蚀刻对象的膜越优先被蚀刻，特别是在蚀刻选择比的值为∞的情况下，与其说意味着在蚀刻工序中不是蚀刻对象的、成为分母的膜完全没有被蚀刻，倒不如说意味着在该膜上产生堆积物而被保护。

硅氮化物膜相对于硅氧化物膜的蚀刻选择比(Si₃N₄/SiO₂)＝(Si₃N₄膜的蚀刻速度/SiO₂膜的蚀刻速度)

硅氧化物膜相对于硅氮化物膜的蚀刻选择比(SiO₂/Si₃N₄)＝(SiO₂膜的蚀刻速度/Si₃N₄膜的蚀刻速度)

(实施例1)

首先，在准备工序中，在处理容器内配置表面有Si₃N₄膜的被处理体和表面有SiO₂膜的被处理体各一个，将处理容器内设为真空。然后，向处理容器内以45sccm的速度导入2-溴-3,3,3-三氟丙烯(C₃H₂BrF₃)气体(以下，也称作“气体A”)，以62sccm的速度导入氧气。处理容器内的压力设为4Pa(约30mTorr)，对于温度条件方面，上部电极和处理容器侧壁部的温度分别设为60℃，下部电极的温度设为20℃。另外，被处理体的温度与下部电极的温度同样地为20℃。

然后，在第1蚀刻工序中，将对上部电极的供给电力设为450W，将对下部电极的供给电力设为35W，对在处理容器内配置的2片被处理体进行60秒的等离子体蚀刻。在第1蚀刻工序中，按照上述的方法，测定处理容器内的CF₂/F比的值。然后，按照上述的方法对于所得到的被处理体算出蚀刻选择比。将结果示于表1。

(实施例2)

将气体A和氧气的供给速度如表1所示地进行变更，除此以外，以与实施例1相同的条件进行等离子体蚀刻。然后，与实施例1同样地进行C F₂/F比的值的测定和蚀刻选择比的算出。将结果示于表1。

(实施例3～4)

将气体A和氧气的供给速度、以及对上部电极的供给电力如表1所示地进行变更，除此以外，以与实施例1相同的条件进行等离子体蚀刻。然后，与实施例1同样地进行CF₂/F比的值的测定和蚀刻选择比的算出。将结果示于表1。

(比较例1～9、13)

将气体A和氧气的供给速度、以及对上部电极和下部电极的供给电力如表1所示地进行变更，除此以外，以与实施例1相同的条件进行等离子体蚀刻。然后，与实施例1同样地进行CF₂/F比的值的测定和蚀刻选择比的算出。将结果示于表1。

(比较例10～12)

将气体A和氧气的供给速度如表1所示地进行变更，作为处理气体，还以表1所示的速度供给Ar气，进而，将对上部电极和下部电极的供给电力如表1所示地进行变更，除此以外，以与实施例1相同的条件进行等离子体蚀刻。然后，与实施例1同样地进行CF₂/F比的值的测定和蚀刻选择比的算出。将结果示于表1。

[表1]

由表1可知，在将包含气体A的处理气体供给到处理容器内、将处理容器内设为对气体A进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值成为0.33以上的条件来进行等离子体蚀刻的实施例1～4中，硅氮化物膜相对于硅氧化物膜的蚀刻选择比(Si₃N₄/SiO₂)良好到无限大(∞)。另一方面，在虽然处理气体包含气体A但是以CF₂/F比的值小于0.33的条件进行等离子体蚀刻的比较例1～13中，无法充分地提高(Si₃N₄/SiO₂)的值。特别是可知，在作为处理气体除了供给气体A和氧气之外还供给Ar气而进行混合的比较例10～12中，CF₂/F比的值小于0.33，相对于SiN的蚀刻速度SiO₂的蚀刻速度变高，因此无法选择性地蚀刻SiN。反倒在比较例10～12中，硅氧化物膜相对于硅氮化物膜的蚀刻选择比(SiO₂/Si₃N₄)的值超过1，硅氧化物膜选择性地被蚀刻。因此，除了如实施例1～4所公开的第1蚀刻工序以外，作为选择性地蚀刻硅氧化物膜的第2蚀刻工序以比较例10～12所示的条件进行等离子体蚀刻，由此，继续供给同一气体A作为处理气体，并通过变更CF₂/F比从而能够切换选择性地被蚀刻的对象。此方法能够避免切换气体种类而导致的成本的增加和时间的浪费，因此是有利的。

产业上的可利用性

根据本发明，能够使用环境负担较小的等离子体蚀刻气体对硅氮化物膜高选择性地进行蚀刻。

Claims

1.一种等离子体蚀刻方法，能够等离子体蚀刻具有硅氮化物膜的被处理体，包含以下工序：

准备工序，将所述被处理体载置在处理容器内，以及

第1蚀刻工序，将包含能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体的处理气体供给到所述处理容器内，将所述处理容器内设为对所述能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体进行发射光谱分析而得到的CF₂/F比的值成为0.33以上的条件，对所述被处理体上的硅氮化物膜进行等离子体蚀刻，所述能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体为2-溴-3,3,3-三氟丙烯气体、1-溴-3,3,3-三氟丙烯气体、(E)-1-溴-3,3,3-三氟丙烯气体和/或3-溴-2,3,3-三氟丙烯气体。

2.根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中，

所述被处理体进一步具有硅氧化物膜，

所述等离子体蚀刻方法进一步包含在所述CF₂/F比的值小于0.17的条件下对所述被处理体上的硅氧化物膜进行等离子体蚀刻的第2蚀刻工序，

包含将所述第1蚀刻工序和第2蚀刻工序切换而实施的情况。

3.根据权利要求1或2所述的等离子体蚀刻方法，其中，所述处理气体中所包含的含有氟和/或碳的气体仅由所述能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体形成。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子体蚀刻方法，其中，所述能够由组成式C₃H₂BrF₃表示的化合物的气体包含2-溴-3,3,3-三氟丙烯气体。