TW201501200A - 蝕刻方法及記憶媒體 - Google Patents

Abstract

將表面具有氮化矽膜，並具有鄰接設置於氮化矽膜之多晶矽膜及/或氧化矽膜的被處理基板配置於腔室內，而在腔室內，將含F氣體與O2氣體在至少激發O2氣體之狀態下來加以供給，並藉此來相對於多晶矽膜及/或氧化矽膜將氮化矽膜進行選擇性地蝕刻。

Description

蝕刻方法及記憶媒體

本發明係有關一種蝕刻在基板所形成之既定材料的膜之蝕刻方法。

最近，在半導體裝置之製造過程中，被稱為化學氧化物去除處理(Chemical Oxide Removal；COR)之乾蝕刻技術係作為可取代乾蝕刻或濕蝕刻之微細化蝕刻的方法而受到矚目(例如專利文獻1、2)。在將氧化矽(SiO₂)作為氧化物來加以蝕刻的情況，係單獨使用氟化氫(HF)氣體，或是HF氣體與氨(NH₃)氣體之混合氣體。

COR雖為蝕刻氧化物之技術，但由於係在腔室內不生成有電漿而進行蝕刻之低損傷的蝕刻技術，故在最近，便討論到將該技術應用於氮化矽(SiN)膜之蝕刻。作為在腔室內不生成有電漿而蝕刻SiN膜之情況的蝕刻氣體，係討論到有HF氣體+F₂氣體(例如專利文獻3)。

【先行技術文献】

【專利文献】

專利文獻1：日本特開2005-39185號公報

專利文獻2：日本特開2008-160000號公報

專利文獻3：日本特開2010-182730號公報

然而，半導體晶圓中，SiN膜大多係鄰接於多晶矽(poly-Si)膜、Si基板等之Si或SiO₂膜，而在此般狀態下以HF氣體及F₂氣體來蝕刻SiN膜之情況，在低溫中會因作為反應生成物而生成之NH₃氣體與HF氣體而使得SiO₂膜被蝕刻，在高溫中則會使得poly-Si被蝕刻。因此，便會有難以高選擇比來相對於SiO₂膜及poly-Si膜將SiN膜進行蝕刻之問題。

因此，本發明之目的在於提供一種蝕刻方法，係藉由在腔室內不讓電漿生成之方法而可以高選擇比來相對於氧化矽膜及/或多晶矽膜將氮化矽膜進行蝕刻。

亦即，根據本發明之第1觀點，係提供一種蝕刻方法，其包含有：將表面具有氮化矽膜，並具有鄰接設置於該氮化矽膜之多晶矽膜及/或氧化膜的被處理基板配置於腔室內；將含F氣體與O₂氣體在至少激發O₂氣體狀態下來供給至該腔室內；以及藉由該等氣體來相對於該多晶矽膜及/或該氧化矽膜將該氮化矽膜進行選擇性地蝕刻。

本發明之第1觀點中，亦可進一步地供給非活性氣體來進行蝕刻處理。在該情況，作為該非活性氣體較佳地可使用N₂氣體及/或Ar氣體。

在進行該蝕刻方法時，可在該腔室外將該含F氣體與該O₂氣體總括地藉由電漿來激發後導入至腔室內，亦可在該腔室外將該含F氣體與該O₂氣體藉由電漿分別地加以激發，並分別地導入至該腔室內，亦可為該含F氣體係未被激發而導入至該腔室內，而該O₂氣體在該腔室外藉由電漿來加以激發後導入至該腔室內。

又，亦可在該蝕刻之前，將氧電漿供給至該被處理基板，以進行該被處理基板表面之事前氧化處理。

在進行該蝕刻時，該含F氣體可使用以非活性氣體來加以稀釋之F₂氣體。該非活性氣體較佳地可使用N₂氣體及/或Ar氣體。在該情況，可使得F₂氣體與O₂氣體之體積比率成為1：2~1：1000之範圍。

在進行該蝕刻時，亦可使用ClF₃氣體來作為該含F氣體。在該情況，可使得ClF₃氣體與O₂氣體之體積比例成為1：4~1：1000之範圍。

進一步地，在進行該蝕刻時，可在該腔室內使得載置該被處理基板之載置台的溫度成為10~200℃之範圍。進一步地，在進行該蝕刻時，可使得該腔室內之壓力成為13~1333Pa之範圍。

又，根據本發明之第2觀點，係提供一種記憶媒體，係在電腦上動作，並記憶有用以控制蝕刻裝置之程式的記憶媒體；其中該程式係在實行時，以進行如該第1觀點相關之蝕刻方法之方式，來讓電腦控制該蝕刻裝置。

根據本發明，便可不在腔室內生成電漿，而以高蝕刻速率，且高選擇比來相對於鄰接設置於SiN膜之SiO₂膜及/或poly-Si膜將被處理基板表面之SiN膜加以蝕刻。

1‧‧‧處理系統

2‧‧‧搬出入部

3‧‧‧裝載室

5‧‧‧蝕刻裝置

11‧‧‧第1晶圓搬送機構

17‧‧‧第2晶圓搬送機構

40‧‧‧腔室

43‧‧‧氣體供給機構

44‧‧‧排氣機構

61、61a、61b‧‧‧氣體導入噴嘴

63、63a、63b‧‧‧氣體激發部

66‧‧‧F₂氣體供給源

67‧‧‧O₂氣體供給源

90‧‧‧控制部

W‧‧‧半導體晶圓

圖1係顯示搭載了用於實施本發明之實施形態相關的蝕刻方法之蝕刻裝置的處理系統之一範例的概略結構圖。

圖2係顯示圖1之處理系統所搭載的蝕刻裝置之一範例的概略結構之剖面圖。

圖3係顯示圖1之處理系統所搭載的蝕刻裝置之另一範例的概略結構之剖面圖。

圖4係顯示圖1之處理系統所搭載的蝕刻裝置之又一範例的概略結構之剖面圖。

圖5係顯示搭載了用於實施本發明之實施形態相關的蝕刻方法之蝕刻裝置的處理系統之另一範例的概略結構圖。

圖6係顯示圖5之處理系統所搭載的熱處理裝置之剖面圖。

圖7係顯示在使用以N₂氣體加以稀釋之F₂氣體來作為含F氣體的情況中，O₂氣體對F₂氣體之流量比(O₂/F₂)與SiN膜、ploy-Si膜及SiO₂膜之蝕刻量的關係之圖式。

圖8係顯示在使用以N₂氣體加以稀釋之F₂氣體來作為含F氣體的情況中，載置台溫度與SiN膜、ploy-Si膜及SiO₂膜之蝕刻量的關係之圖式。

圖9係顯示在使用以N₂氣體加以稀釋之F₂氣體來作為含F氣體的情況中，腔室內壓力與SiN膜、ploy-Si膜及SiO₂膜之蝕刻量的關係之圖式。

圖10係顯示在使用ClF₃氣體來作為含F氣體的情況中，O₂氣體對ClF₃之流量比(O₂/ClF₃)與SiN膜、ploy-Si膜及SiO₂膜之蝕刻量的關係之圖式。

圖11係顯示在使用ClF₃氣體來作為含F氣體的情況中，載置台溫度與SiN膜、ploy-Si膜及SiO₂膜之蝕刻量的關係之圖式。

圖12係顯示在使用ClF₃氣體來作為含F氣體的情況中，腔室內壓力與SiN膜、ploy-Si膜及SiO₂膜之蝕刻量的關係之圖式。

圖13係顯示在使用ClF₃氣體來作為含F氣體的情況中，事前氧化處理之條件與SiN膜之蝕刻選擇比對SiN膜之蝕刻量，以及多晶矽及SiO₂膜的關係之圖式。

以下，便參照圖式，就本發明之實施形態來加以說明。

[本發明之實施形態所使用的處理系統之一範例]

圖1係顯示搭載了用以實施本發明之蝕刻方法的蝕刻裝置之處理系統的一範例之概略結構圖。該處理系統1係具備有搬出入半導體晶圓(以下，僅記載為晶圓)W之搬出入部2、鄰接設置於搬出入部2之2個裝載室(L/L)3以及分別鄰接設置於各裝載室3，並不對晶圓W生成電漿而進行蝕刻之蝕刻裝置5。

搬出入部2係具有在內部設置有搬送晶圓W之第1晶圓搬送機構11的搬送室(L/M)12。第1晶圓搬送機構11係具有略水平地保持晶圓W的2個搬送臂11a、11b。搬送室12之長邊方向側部係設置有載置台13，而該載置台13可連接有例如3個可將複數片晶圓W並列收置的載具C。又，鄰接於搬送室12而設置有讓晶圓W旋轉以光學性地求出偏芯量來進行對位之對準器14。

搬出入部2中，晶圓W係藉由搬送臂11a、11b來加以保持，並藉由第1晶圓搬送機構11之驅動而在略水平面內直進移動，再升降，來搬送至所欲之位置。然後，藉由分別讓搬送臂11a、11b對載置台13上之載具C、對準器14及裝載室3進行進退，來進行搬出入。

各裝載室3係在與搬送室12之間分別介設有閘閥16的狀態下，分別連接於搬送室12。各裝載室3內係設置有搬送晶圓W之第2晶圓搬送機構17。又，裝載室3係構成為可抽真空至既定的真空度為止。

第2晶圓搬送機構17係具有略水平地保持晶圓W之拾取器。該第2晶圓搬送機構17中，係可讓拾取器在裝載室3與蝕刻裝置5之間移動，並可藉此來將晶圓W在裝載室3與蝕刻裝置5之間進行搬送。

處理系統1係具有控制部90。控制部90係具有具備了控制處理系 統1之各構成部的微處理裝置(電腦)之程序控制器91。程序控制器91係連接有用以讓操作者管理處理系統1而進行指令輸入操作等之鍵盤，或具有將處理系統1之運作狀況可視化而加以顯示的顯示器等之使用者介面92。又，程序控制器91係連接有記憶部93，其係儲存有用以在程序控制器之控制下實現以處理系統1來實行之各種處理，例如後述的蝕刻裝置5中之處理氣體的供給或腔室內的排氣等之控制程式，或用以對應於處理條件而在處理系統1之各構成部讓既定的處理實行之控制程式的處理配方或各種資料庫等。配方係記憶於記憶部93中之適當的記憶媒體(未圖示)。然後，依必要，藉由從記憶部93叫出任意配方來讓程序控制器91實行，而在程序控制器91之控制下，進行處理系統1中之所欲的處理。

另外，就蝕刻裝置5之具體的結構，係在之後來詳細地加以說明。

在此般處理系統1中，作為晶圓W係使用在表面具有為蝕刻對象之SiN膜，並與其鄰接而形成有SiO₂膜及poly-Si膜至少之一者。然後，將複數片此般之晶圓W收納於載具C內，而將該載具C裝設於處理系統1之搬出入部2。處理系統1中，係在開啟大氣側閘閥16的狀態下，藉由第1晶圓搬送機構11的搬送臂11a、11b之任一者從搬出入部2之載具C來將1片晶圓W搬送至裝載室3，並以裝載室3內之第2晶圓搬送機構17的拾取器來收授。

之後，關閉大氣側閘閥16而將裝載室3內真空排氣，接著開啟閘閥54，而將拾取器延伸至蝕刻裝置5來朝蝕刻裝置5搬送晶圓W。

之後，將拾取器移回至裝載室3，並關閉閘閥54，而在蝕刻裝置5中進行蝕刻處理。

在蝕刻裝置5中之蝕刻處理結束後，便開啟閘閥54，並藉由第2晶圓搬送機構17之拾取器來將載置台42上的蝕刻處理後晶圓W退至裝載室3，而藉由第1晶圓搬送機構11之搬送臂11a、11b之任一者來移回至載具C。藉此，便完成一片晶圓之處理。

[蝕刻裝置及利用其之蝕刻方法]

接著，便就蝕刻裝置及利用其之蝕刻方法來加以說明。

圖2係顯示蝕刻裝置5之一範例的剖面圖。如圖2所示，蝕刻裝置5係具備有密閉構造之腔室40，而腔室40之內部係設置有在略水平之狀態下來載置晶圓W之載置台42。又，蝕刻裝置5係具備有供給含F氣體及O₂氣體等至腔室40之氣體供給機構43以及將腔室40內排氣之排氣機構44。

腔室40係由腔室本體51及蓋部52來加以構成。腔室本體51係具有略圓筒形狀之側壁部51a與底部51b，而上部係開口，並以蓋部52來關閉該開口。側壁部51a與蓋部52係藉由密封構件(未圖示)來密封，以確保腔室40內之氣密性。蓋部52之頂壁係從上方朝向腔室40內來插入有氣體導入噴嘴61。

側壁部51a係設置有將晶圓W相對於裝載室3來搬出入之搬出入口53，而該搬出入口53可藉由閘閥54來加以開閉。

載置台42係成為俯視略圓形，並固定於腔室40之底部51b。載置台42之內部係設置有調節載置台42溫度之溫度調節器55。溫度調節器55係具備循環有例如溫度調節用媒體(例如水等)之管路，並藉由與流動於此般管路內的溫度調節用媒體進行熱交換，便可調節載置台42之溫度，以進行載置台42上晶圓W的溫度控制。

氣體供給機構43係具有連接於上述之氣體導入噴嘴61的第1氣體供給配管62，而第1氣體供給配管62係連接有藉由電漿來激發氣體的氣體激發部63。又，氣體激發部63係連接有第2氣體供給配管64及第3氣體供給配管65。然後，第2氣體供給配管64係連接有含F氣體供給源66，而第3氣體供給配管65係連接有O₂氣體供給源67。第1氣體供給配管62係連接有第4氣體供給配管68，而第4氣體供給配管68係連接有供給N₂氣體的N₂氣體供給源69。

含F氣體供給源66係供給含氟(F)氣體者，而含F氣體可為高反應性的氣體，例如舉例有F₂氣體或是ClF₃氣體。

在含F氣體為F₂氣體的情況，由於F₂氣體有相當高之活性，故通常所使用之鋼瓶會藉由非活性氣體，典型而言會藉由N₂氣體以F₂：N₂=1：4之體積比來加以稀釋。因此，在使用F₂氣體來作為含F氣體 的情況，蝕刻氣體中必然會包含有非活性氣體。

在含F氣體為ClF₃氣體的情況，便非一定要包含有非活性氣體。

不論在含F氣體為哪一者的情況，都可藉由來自N₂氣體供給源69的N₂氣體，來進一步地稀釋含F氣體。

第2~第4氣體供給配管64、65、68係設置有進行流道之開閉動作及流量控制的流量控制器80。流量控制器80係藉由例如開關閥及質流控制器來加以構成。

此般結構的氣體供給機構43中，來自含F氣體供給源66所供給之含F氣體及來自O₂氣體供給源67所供給之O₂氣體係在氣體激發部63藉由電漿來加以激發，而所激發之氣體依必要在藉由來自N₂氣體供給源69之N₂氣體進一步地稀釋的狀態下，透過第1氣體供給配管62及氣體導入噴嘴61來朝腔室40內導入。另外，亦可使用來自N₂氣體供給源69之N₂氣體而作為沖淨氣體。

自F氣體供給源66所供給之含F氣體為F₂氣體的情況，亦可使用N₂氣體以外之非活性氣體來作為稀釋F₂氣體之非活性氣體，而較佳地可使用Ar氣體來作為N₂氣體以外的非活性氣體。又，亦可取代N₂氣體供給源69而設置有其他非活性氣體供給源，而較佳地可使用Ar氣體來作為其他非活性氣體。亦即，在蝕刻處理時自氣體供給機構43所供給的氣體係含F氣體及O₂氣體，而在含F氣體為F₂氣體的情況，則是供給有其他非活性氣體。非活性氣體較佳為N₂氣體及/或Ar氣體。含F氣體為ClF₃氣體的情況，則依必要來供給非活性氣體。

氣體激發部63只要可藉由電漿來激發氣體，則其結構並無特別限定。又，亦可在鄰接於腔室40之位置來激發氣體，而從區劃出腔室40之壁部，例如從頂壁所形成之孔來將激發後之氣體導入至腔室40內。

排氣機構44係具有連結於腔室40之底部51b所形成之排氣口81的排氣配管82，進一步地，具有設置於排氣配管82，並用以控制腔室40內之壓力的自動壓力控制閥(APC)83及用以將腔室40內排氣的真空泵84。

從腔室40之側壁於腔室40內，設置有2個作為測量腔室40內之 壓力用的壓力計之電容式壓力計86a、86b。電容式壓力計86a係高壓用，而電容式壓力計86b係低壓用。載置台42所載置的晶圓W之附近係設置有檢測晶圓W之溫度的溫度感應器(未圖示)。

作為構成蝕刻裝置5之腔室40、載置台42等之各種構成構件係使用Al。構成腔室40之Al材可為純淨者，亦可為在內面(腔室本體51之內面等)實施有陽極氧化處理者。另一方面，由於構成載置台42之Al表面係被要求有耐磨耗性，故較佳地係進行陽極氧化處理而在表面形成有高耐磨耗性之氧化披覆膜(Al₂O₃)。

接著，便就此般蝕刻裝置5的蝕刻方法來加以說明。

本範例中，係在開啟閘閥54之狀態下，藉由裝載室3內之第2晶圓搬送機構17之拾取器來將上述結構的晶圓W從搬出入口53搬入至腔室40內，而載置於載置台42。

之後，將拾取器移回裝載室3，而將閘閥54關閉，來讓腔室40內成為密閉狀態。

該狀態下，首先依必要來進行氧電漿之事前氧化處理。事前氧化處理係藉由溫度調節器55來調節載置台42之溫度至既定溫度，而藉由氣體激發部63來將自氣體供給機構43之O₂氣體供給源67的O₂氣體激發而電漿化，並將所生成之氧電漿透過第1氣體供給配管62及氣體導入噴嘴61來朝腔室40內來導入來加以進行。

利用該O₂電漿之事前氧化處理係以在多晶矽膜表面形成SiO₂而從蝕刻來加以保護，並且以氧化SiN膜表面(形成SiNO)來使得蝕刻容易進行。藉由該事前氧化處理來改質晶圓W表面，便可在下個蝕刻處理中，進一步地提高SiN膜之蝕刻速率及相對於poly-Si膜及/或SiO₂的蝕刻選擇比。

此時腔室40內的壓力較佳為13~1333Pa(0.1~10Torr)之範圍，而載置台42之溫度較佳為10~200℃之範圍。又，雖然處理時間越長則效果越好，但從生產量的觀點來看較佳為180sec。

另外，該事前處理可不在蝕刻裝置5之腔室40，而在其他的腔室進行。

依必要在進行改質處理後，將含F氣體及O₂氣體在藉由電漿來激發之狀態下朝腔室40內導入，以將SiN膜選擇性地蝕刻。具體而言，係藉由溫度調節器55來將載置台42之溫度調節至既定的範圍，並將腔室40內之壓力調節至既定的範圍，而將自氣體供給機構43之含F氣體供給源66的既定量含F氣體透過第2氣體供給配管64來供給至氣體激發部63，將自O₂氣體供給源67之既定量O₂氣體透過第3氣體供給配管65來供給至氣體激發部63，而讓供給至氣體激發部63之含F氣體及O₂氣體的比率成為既定比率。然後，在氣體激發部63內藉由電漿來將該等激發，依必要將激發後之氣體以N₂氣體來加以稀釋，並透過第1氣體供給配管62及氣體導入噴嘴61來朝腔室40內導入，以進行SiN膜之蝕刻。亦可使用Ar氣體等其他非活性氣體來取代N₂氣體。

如此一來，藉由進行蝕刻處理，便可讓激發後之含F氣體及O₂氣體作用於SiN膜，而以高蝕刻速率來蝕刻SiN膜。此時，便可降低含F氣體及O₂氣體對poly-Si膜及SiO₂膜的蝕刻速率，而可相對於該等膜以高選擇比來將SiN膜蝕刻。又，使用SiO₂作為基底之情況，便可不對SiO₂膜帶來皺裂等損傷而加以蝕刻。

作為含F氣體較佳地可使用F₂氣體或是ClF₃氣體。如上述，在含F氣體為F₂氣體的情況，由於通常所使用之鋼瓶係以非活性之N₂氣體以F₂：N₂=1：4之體積比來加以稀釋，故蝕刻氣體中必然包含有非活性氣體。

該蝕刻處理中之腔室40內的壓力較佳為13~1333Pa(0.1~10Torr)之範圍。更佳為66~666Pa(0.5~5Torr)，最佳為133~333Pa(1~2.5Torr)。又，載置台42之溫度(幾乎為晶圓之溫度)較佳地可為低溫，例如以35℃或是較其要低之溫度來得到良好的特性。然而，當超過200℃時便會使得蝕刻特性下降。因此，載置台42之溫度較佳為10~200℃之範圍。更佳為10~100℃，最佳為15~55℃。

在含F氣體為以N₂氣體等非活性氣體來加以稀釋之F₂氣體的情況，F₂氣體與O2氣體之體積比率較佳為1：2~1：1000之範圍。更佳為1：4~1：200之範圍。氣體流量雖會因被處理基板而大有差異，但 F₂氣體與O₂氣體之總量較佳為100~5000mL/min(sccm)，非活性氣體為10~2000mL/min(sccm)。

在含F氣體為ClF₃氣體的情況，ClF₃氣體與O₂氣體之體積比率較佳為1：4~1：1000之範圍。更佳為1：10~1：300之範圍。氣體流量雖會因被處理基板而大有差異，但ClF₃氣體與O₂氣體之總量較佳為100~5000mL/min(sccm)。在導入非活性氣體之情況，較佳為10~2000mL/min(sccm)。

如此般，藉由將使用激發後之含F氣體及O₂氣體的條件最佳化，而進行蝕刻處理，便可將SiN膜之蝕刻速率成為8nm/min以上，且將相對於poly-Si膜及SiO₂膜之蝕刻選擇比成為40以上。

如此一來，在結束蝕刻裝置5中之蝕刻處理後，便開啟閘閥54，並藉由第2晶圓搬送機構17之拾取器來將載置台42上之蝕刻處理後的晶圓W從腔室40搬出，而結束蝕刻裝置5之蝕刻。

另外，上述之事前氧化處理雖為依必要而進行的任意之處理，但在含F氣體為ClF₃氣體的情況，效果特別好。

[蝕刻裝置之其他範例]

以上雖為典型的實施形態，但蝕刻裝置亦可為圖3般之構造或圖4所示之構造。

圖3之範例中，係顯示分別激發含F氣體與O₂氣體之範例。圖3之蝕刻裝置係在腔室40之蓋部52的頂壁從上方朝向腔室40內插入有第1氣體導入噴嘴61a及第2氣體導入噴嘴61b。然後，氣體供給機構43係具有分別連接於第1氣體導入噴嘴61a及第2氣體導入噴嘴61b之第1氣體供給配管62a及第2氣體供給配管62b。第1氣體供給配管62a係連接有第1氣體激發部63a，第2氣體供給配管62b係連接有第2氣體激發部63b。該等氣體激發部與第1例之氣體激發部63同樣，係藉由電漿來激發氣體。又，第1氣體激發部63a係連接有第3氣體供給配管71，而該第3氣體供給配管71係連接有含F氣體供給源66。另一方面，第2氣體激發部63b係連接有第4氣體供給配管72，而該第4氣體供給配管72係連接有O₂氣體供給源67。第1氣體供給配管62a 係連接有第5氣體供給配管68a，而該第5氣體供給配管68a係連接有供給N₂氣體之第1N₂氣體供給源69a。第2氣體供給配管62b係連接有第6氣體供給配管68b，而該第6氣體供給配管68b係連接有供給N₂氣體之第2N₂氣體供給源69。

第3~6氣體供給配管71、72、68a、68b係設置有進行流道之開閉動作及流量控制的流量控制器80。流量控制器80係藉由例如開閉閥及質流控制器來加以構成。

本範例之氣體供給機構43中，含F氣體及O₂氣體係分別在第1氣體激發部63a及第2氣體激發部63b藉由電漿來分別地加以激發，而所激發之氣體依必要在以N₂氣體來加以稀釋的狀態下，分別經由第1氣體供給配管62a及第2氣體供給配管62b而從第1氣體導入噴嘴61a及第2氣體導入噴嘴61b來朝腔室40內導入。

自第1N₂氣體供給源69a及第2N₂氣體供給源69b之N₂氣體可作為沖淨氣體而被加以使用。又，亦可設置有其他非活性氣體供給源來取代該等N₂氣體供給源，而較佳地可使用Ar氣體來作為其他非活性氣體。

本範例中，只要第1及第2氣體激發部63a、63b可藉由電漿來激發氣體，其構造並未特別限定。又，亦可在鄰接於腔室40之位置激發氣體，而從區劃腔室40之壁部，例如形成於頂壁之孔將激發後之氣體導入至腔室40內。

在藉由此般圖3的蝕刻裝置來進行蝕刻處理的情況，係將晶圓W搬入至腔室40內，而載置於載置台42後，將含F氣體及O₂氣體在藉由電漿激發之狀態下朝腔室40內導入，以將SiN膜選擇性地蝕刻。具體而言，係藉由溫度調節器55來將載置台42之溫度調節至既定的範圍，將腔室40內之壓力調節至既定的範圍，而將自氣體供給機構43之含F氣體供給源66的含F氣體透過第3氣體供給配管71以既定流量來供給至第1氣體激發部63a，將自O₂氣體供給源67之O₂氣體透過第4氣體供給配管72以既定流量來供給至第2氣體激發部63b，而在各氣體激發部藉由電漿來加以激發，並將所激發之氣體依必要以N₂來加以稀釋，而分別經由第1氣體供給配管62a及第2氣體供給配管62b，來 從第1氣體導入噴嘴61a及第2氣體導入噴嘴61b朝腔室40內導入，以進行SiN膜之蝕刻。

如此一來，藉由進行蝕刻處理，便可與圖2之蝕刻裝置同樣，讓含F氣體及O₂氣體作用於SiN膜，而以高蝕刻速率來將SiN膜蝕刻。又，亦可與圖2之裝置同樣，可降低含F氣體及O₂氣體對poly-Si膜及SiO₂膜之蝕刻速率，而可相對於該等膜以高選擇比來將SiN膜蝕刻。又，使用SiO₂膜來作為基底的情況，亦可不對SiO₂膜帶來之皺裂等損傷而進行蝕刻。此時較佳的條件係與圖2之蝕刻裝置的情況相同。又，如此一來，藉由進行蝕刻處理，便可與圖2之蝕刻裝置的情況同樣，將SiN膜之蝕刻速率成為8nm/min以上，並將相對於poly-Si膜及SiO₂膜之蝕刻選擇比成為40以上。

圖4之蝕刻裝置除了不存在有第1氣體激發部3a，而將含F氣體供給源66直接連結於第1氣體供給配管62a以外，係與圖3所示之蝕刻裝置有同樣的結構。從而，自含F氣體供給源66之含F氣體係不被激發而透過第1氣體供給配管62a及第1氣體導入噴嘴61a來朝腔室40內導入，O₂氣體係與第2範例同樣，在藉由第2氣體激發部63b來加以激發後，便透過第2氣體供給配管62b及第2氣體導入噴嘴61b來朝腔室40內導入。

圖4之範例中，雖未將含F氣體激發而供給至腔室40內，但由於含F氣體反應性較高，故能在與激發後之O₂氣體共存之狀態下，以高蝕刻速率來蝕刻SiN膜。特別是，含F氣體為F₂氣體的情況，由於反應性極高，故不電漿化，便可得到與圖2之蝕刻裝置有相同程度的蝕刻速率。又，與圖2及圖3之蝕刻裝置同樣，可降低含F氣體及O₂氣體對poly-Si膜及SiO₂膜的蝕刻速率，並可以高選擇比來相對於該等膜將SiN膜蝕刻。又，使用SiO₂膜作為基底之情況，可不對SiO₂膜帶來皺裂等損傷而進行蝕刻。

如上述，根據本實施形態，藉由蝕刻裝置5來將含F氣體與O₂氣體在至少激發O₂氣體之狀態下來加以供給，以蝕刻晶圓W表面所存在之SiN膜，便可以高蝕刻速率，且高選擇比來相對於SiO₂膜及/或poly-Si 膜將SiN膜進行蝕刻。

[用於本發明之實施形態的處理系統之其他範例]

接著，便就用於本發明之實施形態的處理系統之其他範例來加以說明。

根據蝕刻裝置5之蝕刻條件，會存在有較多的蝕刻殘渣。該情況，較佳地係在系統搭載有在蝕刻處理後加熱晶圓W來去除蝕刻殘渣的熱處理裝置。圖5係顯示搭載有此般熱處理裝置的處理系統之概略結構圖。該處理系統1′係在裝載室(L/L)3與蝕刻裝置5之間，設置有熱處理裝置4的這一點，而與上述之處理系統1有所差異。該處理系統1′中，裝載室3之第2晶圓搬送機構17可在蝕刻裝置5及熱處理裝置4兩者進出，而在蝕刻裝置5的蝕刻處理後，便可將晶圓W搬送至熱處理裝置4來進行用以去除殘渣之熱處理。

熱處理裝置4，如圖6所示，係具有可抽真空的腔室20，以及在其中載置晶圓W的載置台23，而載置台23係埋設有加熱器24，並藉由該加熱器24來加熱實施蝕刻處理後之晶圓W以氣化去除存在於晶圓W的蝕刻殘渣。腔室20之裝載室3側係設置有在與裝載室3之間搬送晶圓的搬出入口20a，而該搬出入口20a可藉由閘閥22來開閉。又，腔室20之蝕刻裝置5側係設置有在與蝕刻裝置5之間搬送晶圓W的搬出入口20b，而該搬出入口20b可藉由閘閥54來開閉。腔室20之側壁上部係連接有氣體供給管路25，而氣體供給管路25係連接於N₂氣體供給源30。又，腔室20之底壁係連接有排氣管路27，而排氣管路27係連接於真空泵33。氣體供給管路25係設置有流量調節閥31，排氣管路27係設置有壓力調節閥32，而藉由調整該等閥，便會將腔室20內調節為既定壓力的N₂氣體氛圍，以進行熱處理。亦可使用N₂氣體以外之非活性氣體。

[實驗例]

接著，便就實驗例來加以說明。

[實驗例1]

本實驗例中，係就在矽基板上形成有厚度100nm之熱氧化膜(SiO₂) 的樣品、在矽基板上形成有厚度100nm之熱氧化膜(SiO₂)後，再成膜出厚度150~200nm左右之poly-Si膜的樣品以及在矽基板上形成有厚度100nm之熱氧化膜(SiO₂)後，再將二氯矽烷(DCS；SiCl₂H₂)作為原料並藉由CVD來成膜出厚度200~300nm左右的SiN膜之樣品，使用以N₂氣體來稀釋之F₂氣體來作為含F氣體，並讓O₂氣體對F₂氣體之流量比(體積比率)(O₂/F₂)在0~9之間變化，而在藉由電漿來加以激發的狀態下導入至腔室內，以進行蝕刻。在該蝕刻時的其他條件係腔室內壓力：0.1Torr(13.33Pa)~10Torr(1333Pa)，載置台溫度：10~200℃，蝕刻時間：30~1800sec，F₂氣體流量(換算值)：1~1000sccm，O₂氣體流量：0~5000sccm，N₂氣體流量(換算值)：0.2~2000sccm，氣體激發部之功率：400W。

將實驗結果顯示於圖7。圖7係將O₂/F₂之值作為橫軸，將SiN膜、poly-Si膜及SiO₂膜之蝕刻量作為縱軸，並將該等關係顯示之圖式。如該圖所示，當O₂/F₂之值為0時，亦即，僅以F₂氣體來進行蝕刻時，雖然SiN膜之蝕刻量會變大，且會以高蝕刻速率來被加以蝕刻，但poly-Si膜之蝕刻量卻在SiN膜之蝕刻量以上，使得SiO₂膜亦被蝕刻相當的量，而讓SiN膜相對於poly-Si膜及SiO₂膜之蝕刻選擇比不夠充分。相對於此，當增加O₂氣體時，雖會降低SiN膜之蝕刻速率，但poly-Si膜及SiO₂膜之蝕刻速率亦會降低，而可見到SiN膜相對於poly-Si膜及SiO₂膜之蝕刻選擇比會有上升的傾向。然後，當O₂/F₂之值為4時，SiN膜相對於poly-Si膜之蝕刻選擇比(SiN/poly-Si)係成為500以上，而SiN膜相對於SiO₂膜之蝕刻選擇比(SiN/SiO₂)係成為30以上的極高值。當O₂/F₂之值超過4時，雖然SiN膜之蝕刻量會降低，但poly-Si膜或SiO₂膜之蝕刻量幾乎為0，而使得蝕刻選擇比幾乎不會下降。從該結果來看，便確認到當O₂/F₂之值為4時，SiN膜之蝕刻量及蝕刻選擇比的平衡會最好，以及即便O₂/F₂之值超過4而使得SiN膜之蝕刻量降低，但蝕刻選擇比仍幾乎不會下降，而達到較佳之結果。

[實驗例2]

接著，便對於在矽基板上形成有厚度100nm之熱氧化膜(SiO₂)後， 再將二氯矽烷(DCS；SiCl₂H₂)作為原料來形成有膜厚6nm之SiN膜的樣品，以O₂氣體對F₂氣體之流量比(O₂/F₂)為4，而其他條件與上述實驗同樣的條件來進行蝕刻。此時之條件，從上述實驗結果來看，係足以對SiN膜過度蝕刻之條件。其結果，雖然讓SiN膜完全地被蝕刻，且露出基底之SiO₂膜，但在SiO₂膜之表面並未發現有損傷。

[實驗例3]

本實驗例中，就與實驗例1同樣的樣品，讓載置台的溫度變化，並將F₂氣體及O₂氣體在藉由電漿來加以激發之狀態下導入至腔室內來進行蝕刻。該蝕刻時的其他條件係腔室內壓力：0.1Torr(13.33Pa)~10Torr(1333Pa)，O₂/F₂：19.5，蝕刻時間：30~1800sec，F₂氣體流量(換算值)：1~1000sccm，O₂氣體流量：0~5000sccm，N₂氣體流量(換算值)：0.2~2000sccm，氣體激發部之功率：400W。

將實驗結果顯示於圖8，圖8係將載置台的溫度作為橫軸，將SiN膜、poly-Si膜、SiO₂膜之蝕刻量作為縱軸，並顯示該等之關係的圖式。如該圖所示，已知溫度越低則SiN膜之蝕刻量越大，且SiN膜相對於poly-Si膜及SiO₂膜之蝕刻選擇比亦會較高。得知特別是在10~100℃，進一步地在15~55℃是為良好。

[實驗例4]

本實驗例中，係就與實驗例1同樣之樣品，讓腔室內壓力變化，並將F₂氣體及O₂氣體在藉由電漿來加以激發之狀態下導入至腔室內來進行蝕刻。該蝕刻時的其他條件係載置台溫度：35℃，O₂/F₂：19.5，蝕刻時間：30~1800sec，F₂氣體流量(換算值)：1~1000sccm，O₂氣體流量：0~5000sccm，氣體激發部之功率：400W。

將實驗結果顯示於圖9。圖9係將腔室內壓力作為橫軸，將SiN膜、poly-Si膜、SiO₂膜之蝕刻量作為縱軸，並顯示該等之關係的圖式。如該圖所示，得知隨著壓力上升，則SiN膜之蝕刻量會增加。特別是在1500~2500mTorr(200~333Pa)的範圍，SiN膜之蝕刻量會急遽地增加。另一方面，當超過2500mTorr時，poly-Si膜之蝕刻量亦會增加。因此，便確認到腔室內壓力特別是在500~5000mTorr之範圍為佳，而更佳為 1000~2500mTorr之範圍。

[實驗例5]

本實驗例中，就在矽基板上形成有厚度100nm之熱氧化膜(SiO₂)的樣品、在矽基板上形成有厚度100nm之熱氧化膜(SiO₂)後，再成膜出厚度150~200nm左右之poly-Si膜的樣品以及在矽基板上形成有厚度100nm之熱氧化膜後，再將二氯矽烷(DCS；SiCl₂H₂)作為原料並藉由CVD來成膜出厚度200~300nm左右之SiN膜的樣品，使用ClF₃氣體來作為含F氣體，讓O₂氣體對ClF₃氣體之流量比(體積比率)(O₂/ClF₃)變化，在藉由電漿來加以激發之狀態下導入至腔室內來進行蝕刻。在該蝕刻時的其他條件係腔室內壓力：0.5~3Torr，載置台溫度：15~60℃，蝕刻時間：300sec，ClF₃氣體流量：1~100sccm，O₂氣體流量：100~2000sccm，N₂氣體流量：0~500sccm，氣體激發部之功率：400W。

將實驗結果顯示於圖10~12。圖10係顯示O₂氣體對ClF₃氣體之流量比(O₂/ClF₃)與SiN膜、poly-Si膜、SiO₂膜之蝕刻量的關係之圖式，圖11係顯示載置台之溫度與SiN膜、poly-Si膜、SiO₂膜之蝕刻量的關係之圖式，圖12係顯示腔室內壓力與SiN膜、poly-Si膜、SiO₂膜之蝕刻量的關係之圖式。

如圖10所示，在O₂/ClF₃之值較低的情況，雖然SiN膜之蝕刻速率會提高，但poly-Si膜之蝕刻速率亦會提高，而會有相對於poly-Si膜之蝕刻選擇比降低之傾向。當O₂/ClF₃之值為100以上時，相對於poly-Si膜之蝕刻選擇比便會提高。SiO₂膜則是無關於O₂/ClF₃之值，皆可較低地維持蝕刻速率。

如圖11所示，得知溫度越低則SiN膜之蝕刻量越大，而SiN膜相對於poly-Si膜及SiO₂膜之蝕刻選擇比亦會較高。確認到在15~60℃的範圍中，SiN膜之蝕刻速率會較高，而相對於poly-Si膜之蝕刻選擇比亦會較高。

如圖12所示，確認到隨著壓力上升，則SiN膜之蝕刻量亦會增加，當壓力在1000mTorr(133Pa)以上，則SiN之蝕刻量及相對於poly-Si膜及SiO₂膜之選擇比便會變大。

[實驗例6]

本實驗例中，確認了事前氧化處理之效果。使用與實驗5同樣的物品來作為樣品，而讓事前氧化處理在時間：75sec、135sec，壓力：2.25Torr(3000Pa)、3Torr(4000Pa)之間來變化而加以進行後，將作為含F氣體之ClF₃氣體及O₂氣體在藉由電漿來加以激發之狀態下導入至腔室內，以進行蝕刻。事前氧化處理之其他條件係溫度：35℃，氣體激發部之功率：400W，而蝕刻時的其他條件係腔室內壓力：0.1~10Torr，載置台溫度：35℃，蝕刻時間：300sec，ClF₃氣體流量：1~20sccm，O₂氣體流量：1000~2000sccm，N₂氣體流量：0~500sccm，氣體激發部之功率：400W。

將實驗結果顯示於圖13。圖13係顯示事前氧化處理之條件與SiN膜之蝕刻量、SiN膜相對於多晶矽以及SiO₂之蝕刻選擇比之關係的圖式。如該圖所示，已知隨著事前氧化處理的時間及壓力上升，則SiN膜相對於多晶矽之蝕刻選擇比便會增加。

從上述之實驗例，便確認到藉由將含F氣體及O₂氣體在激發之狀態下以適當的範圍來加以供給，便可維持高蝕刻速率，並以高選擇比來相對於poly-Si膜及SiO₂膜將SiN膜進行蝕刻，且亦難以產生SiO₂膜表面之皺裂。又，已知在蝕刻之前，藉由氧電漿來進行事前氧化處理，便會使得poly-Si膜難以被蝕刻，而可使得SiN膜之相對於poly-Si膜的蝕刻選擇比上升。

[本發明之其他適用]

另外，本發明不限定於上述實施形態而可有各種變形。例如，上述之實施形態的狀態不過為一個例示，而可藉由各種結構之裝置來實施本發明的蝕刻方法。又，雖就使用半導體晶圓來作為被處理基板的情況來加以表示，但並不限於半導體晶圓，亦可為LCD(液晶顯示器)用基板為代表的FPD(平面顯示器)基板，或是陶瓷基板等其他基板。

5‧‧‧蝕刻裝置

40‧‧‧腔室

42‧‧‧載置台

43‧‧‧氣體供給機構

44‧‧‧排氣機構

51‧‧‧腔室本體

51a‧‧‧側壁部

51b‧‧‧底部

52‧‧‧蓋部

53‧‧‧搬出入口

54‧‧‧閘閥

55‧‧‧溫度調節器

61‧‧‧噴嘴

62‧‧‧第1氣體供給配管

63‧‧‧氣體激發部

64‧‧‧第2氣體供給配管

65‧‧‧第3氣體供給配管

66‧‧‧含F氣體供給源

67‧‧‧O₂氣體供給源

68‧‧‧第4氣體供給配管

69‧‧‧N₂氣體供給源

80‧‧‧流量控制器

81‧‧‧排氣口

82‧‧‧排氣配管

83‧‧‧自動壓力控制閥(APC)

84‧‧‧真空泵

86a、86b‧‧‧電容式壓力計

W‧‧‧晶圓

Claims (14)

1. 一種蝕刻方法，係包含有：將表面具有氮化矽膜，並具有鄰接設置於該氮化矽膜之多晶矽膜及/或氧化膜的被處理基板配置於腔室內；將含F氣體與O₂氣體在至少激發O₂氣體狀態下來供給至該腔室內；以及藉由該等氣體來相對於該多晶矽膜及/或該氧化矽膜將該氮化矽膜進行選擇性地蝕刻。
2. 如申請專利範圍第1項之蝕刻方法，其係進一步地供給非活性氣體來進行蝕刻處理。
3. 如申請專利範圍第1或2項之蝕刻方法，其係在該腔室外將該含F氣體與該O₂氣體總括地藉由電漿來激發後導入至腔室內。
4. 如申請專利範圍第1或2項之蝕刻方法，其係在該腔室外將該含F氣體與該O₂氣體藉由電漿分別地加以激發，並分別地導入至該腔室內。
5. 如申請專利範圍第1或2項之蝕刻方法，其中該含F氣體係未被激發而導入至該腔室內，而該O₂氣體係在該腔室外藉由電漿來加以激發後導入至該腔室內。
6. 如申請專利範圍第1或2項之蝕刻方法，其係在該蝕刻之前，將氧電漿供給至該被處理基板，以進行該被處理基板表面之事前氧化處理。
7. 如申請專利範圍第1或2項之蝕刻方法，其中該含F氣體係以非活性氣體來加以稀釋之F₂氣體。
8. 如申請專利範圍第7項之蝕刻方法，其中在進行該蝕刻時，F₂氣體與O₂氣體之體積比率係1：2~1：1000之範圍。
9. 如申請專利範圍第1或2項之蝕刻方法，其中該含F氣體係ClF₃氣體。
10. 如申請專利範圍第9項之蝕刻方法，其中在進行該蝕刻時，ClF₃氣體與O₂氣體之體積比率係1：4~1：1000之範圍。
11. 如申請專利範圍第2項之蝕刻方法，其中該非活性氣體係N₂氣體及/或Ar氣體。
12. 如申請專利範圍第1或2項之蝕刻方法，其係在進行該蝕刻時，在該腔室內使載置該被處理基板之載置台的溫度成為10~200℃之範圍。
13. 如申請專利範圍第1或2項之蝕刻方法，其係在進行該蝕刻時，使該腔室內壓力成為13~1333Pa之範圍。
14. 一種記憶媒體，係在電腦上動作，並記憶有用以控制蝕刻裝置之程式的記憶媒體；其中該程式係在實行時，以進行如申請專利範圍第1至13項中任一項的蝕刻方法之方式，來讓電腦控制該蝕刻裝置。