[go: up one dir, main page]

WO2020008703A1 - プラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020008703A1
WO2020008703A1 PCT/JP2019/016735 JP2019016735W WO2020008703A1 WO 2020008703 A1 WO2020008703 A1 WO 2020008703A1 JP 2019016735 W JP2019016735 W JP 2019016735W WO 2020008703 A1 WO2020008703 A1 WO 2020008703A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
processing method
plasma processing
etching
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/016735
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
高松 知広
荒瀬 高男
裕之 梶房
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi High Technologies Corp, Hitachi High Tech Corp filed Critical Hitachi High Technologies Corp
Priority to PCT/JP2019/016735 priority Critical patent/WO2020008703A1/ja
Priority to KR1020197037110A priority patent/KR102419373B1/ko
Priority to CN201980003473.8A priority patent/CN112119484B/zh
Priority to JP2019569860A priority patent/JP6959999B2/ja
Priority to US16/642,311 priority patent/US11257678B2/en
Publication of WO2020008703A1 publication Critical patent/WO2020008703A1/ja
Priority to TW109102376A priority patent/TWI795625B/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H10P50/268
    • H10P50/242
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065Plasma etching; Reactive-ion etching
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32146Amplitude modulation, includes pulsing
    • H10P72/0421
    • H10P76/4085
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321After treatment
    • H01L21/3213Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
    • H01L21/32137Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas of silicon-containing layers

Definitions

  • a photoresist film has been used as a mask layer to form a hole or groove shape.
  • the photoresist film disappears during dry etching, and a desired film is formed. Shape cannot be obtained. Therefore, a deep hole shape or a deep groove shape is formed by dry etching using a polysilicon film having dry etching resistance as a mask layer. Further, the mask layer used for forming the deep hole shape or the deep groove shape is thickened so as not to be lost during the dry etching. It is formed by etching.
  • an abnormal etching shape can be suppressed in a plasma processing method for forming a mask layer of a polysilicon film.
  • the etching gas passes through a mass flow controller (Mass Flow Controller: MFC) and a stop valve (both not shown in FIG. 1), and then passes through a gas inlet A 107 and a gas inlet B 109 to form concentric circles of a shower plate 112, respectively. It is introduced into the etching chamber 106. Then, air is exhausted from an exhaust port provided at the lower part of the apparatus by a turbo molecular pump and a dry pump (both are not shown in FIG. 1). The gas introduced in this manner is dissociated by the energy of the electromagnetic waves irradiated by the plasma generating means, and plasma is generated and maintained.
  • MFC Mass Flow Controller
  • the plasma generating means has a power supply 101 for source of 200 MHz VHF wave, and a magnetic field generating means including a source electromagnetic wave matching device 102, an electromagnet A104, and an electromagnet B105. Using these two electromagnets, the plasma generation distribution is made uniform.
  • the generated magnetic field is equal to or less than 10 mT near the shower plate 112.
  • COS gas dissociates into CO and S in the plasma.
  • the dissociated CO is removed by removing the CF-based polymer film formed by CHF3 from the surface as COF or COF2, whereby the etching proceeds, and the etch stop 403 is suppressed.
  • O 2 oxygen gas
  • FIG. 5 shows the dependence of the etching depth 501 and the opening size 502 on the flow rate ratio of the COS gas to the total gas amount.
  • the etching depth indicates the degree of progress of the etching.
  • the etching time is constant under all conditions.
  • the opening size is about 27 nm, whereas the etching depth is about 340 nm.
  • the opening size is increased to about 38 nm as compared with 0%, but the etching depth is about 600 nm, and the etching is progressing.
  • the flow rate ratio of the COS gas is 25%, the opening size is about 27 nm and the same opening size as 0% is obtained, whereas the etching depth is about 520 nm. Etching has progressed to some extent.
  • FIG. 6 shows the relationship between the bias power and the etching depth.
  • the duty ratio at each bias power was set such that the product of the bias power and the duty ratio was constant at each bias power.
  • the power setting of the bias power supply be 2000 W or more in order to progress the etching in a short time.
  • Vpp peak-to-peak voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本発明は、ポリシリコン膜のマスク層を形成するプラズマ処理方法において、エッチング形状異常を抑制することができるプラズマ処理方法を提供する。本発明は、ポリシリコン膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、ハロゲンガスとフルオロカーボンガスと酸素ガスと硫化カルボニルガスの混合ガスを用いて前記ポリシリコン膜をプラズマエッチングすることを特徴とする。

Description

プラズマ処理方法
本発明は、半導体製造に関わるプラズマを用いたドライエッチング方法に関するものである。
 DRAM(Dynamic Random Access Memory)または3D-NANDフラッシュメモリは、高集積化に伴い、深い孔形状または深い溝形状が形成されることがあり、この形成にはプラズマを用いたドライエッチングが用いられる。
 従来、孔または溝形状を形成するためにはフォトレジスト膜がマスク層として用いられてきたが、孔または溝形状が深くなるに従い、フォトレジスト膜では、ドライエッチング中に消失してしまい、所望の形状が得られない。このため、ドライエッチング耐性があるポリシリコン膜をマスク層として深い孔形状または深い溝形状をドライエッチングにより形成する。また、深い孔形状または深い溝形状を形成する際のマスク層は、ドライエッチング中に消失してしまわないように厚膜化され、このマスク層に対しても深い孔形状または深い溝形状をドライエッチングにより形成する。
 深い溝をシリコン基板に形成するプラズマエッチング方法として特許文献1には、シリコン基板に疎密パターンを含むトレンチアイソレーション構造を形成するプラズマエッチング方法において、HBrガスを主体とし、O2ガスと、CO2ガスやSO2ガス等のO2ガスと異なる酸素含有ガスを添加した混合ガスを用いるプラズマエッチング方法が開示されている。
特開2015-050229公報
 パターンの開口寸法に対するエッチング深さの比を示すアスペクト比(Aspect Ratio:A/R)は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)または3D-NANDフラッシュメモリの高集積化に伴い、マスク層についてもアスペクト比が20以上の深い孔形状または深い溝形状の形成が必要となっている。従来技術では、例えば、高アスペクト比のポリシリコン膜のマスク層を特許文献1に開示された方法でエッチングした場合、開口寸法が広がるようにエッチングされてしまう。
 このため、隣接するパターンが繋がる等のエッチング形状異常が発生する。また、開口寸法が広がらないようにデポ膜などで保護しながらエッチングを行った場合、エッチング途中でエッチングストップが発生して所望の深い孔形状または深い溝形状を形成することができない。
 そこで本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ポリシリコン膜のマスク層を形成するプラズマ処理方法において、エッチング形状異常を抑制することができるプラズマ処理方法を提供する。
本発明は、ポリシリコン膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、ハロゲンガスとフルオロカーボンガスと酸素ガスと硫化カルボニルガスの混合ガスを用いて前記ポリシリコン膜をプラズマエッチングすることを特徴とする。
 本発明により、ポリシリコン膜のマスク層を形成するプラズマ処理方法において、エッチング形状異常を抑制することができる。
一実施例を実施するために用いたプラズマエッチング装置の縦断面図である。 DRAM素子部のマスク層エッチング前の模式図である。 ポリシリコン膜205をプラズマエッチング処理した後の模式図である。 形状異常を示す模式図である。 ガス全体量に対するCOSガスの流量比とエッチング深さの関係及びガス全体量に対するCOSガスの流量比と開口寸法の関係を示す図である。 バイアス電力とエッチング深さの関係を示す図である。 ボーイング寸法の定義を示す図とデューティー比とボーイング寸法の関係を示す図である。 処理圧力とエッチング深さの関係及び処理圧力とボーイング寸法の関係を示す図である。 ステージ温度(試料台温度)とエッチング深さの関係を示す図である。
 以下、本発明を図1ないし図9により説明する。図1は、平行平板型の有磁場VHFドライエッチング装置の縦断面図である。このドライエッチング装置における真空容器は、プラズマ処理室としてのエッチングチャンバー106と、VHF放射アンテナ111と真空ポンプ及び圧力制御バルブ(ともに図1には未記載)とを備えている。
 エッチング用のガスは、マスフローコントローラ(Mass Flow Controller:MFC)及びストップバルブ(ともに図1には未記載)を通過後、ガス導入口A107とガス導入口B109を通して、シャワープレート112の同心円状にそれぞれエッチングチャンバー106内に導入される。そして装置下部に設けられた排気口からターボ分子ポンプ及びドライポンプ(いずれも図1には未記載)により排気される。このように導入されたガスは、プラズマ発生手段により照射された電磁波のエネルギーにより解離されてプラズマが生成及び維持される。
 プラズマの発生手段は、200MHzのVHF波のソース用電源101と、ソース電磁波用整合器102、電磁石A104、電磁石B105から成る磁場発生手段とを有している。これら2つの電磁石を用いてプラズマ生成分布を均一化させる。発生磁場は、シャワープレート112近傍で10mT以下である。
 試料のウェーハ113を設置する試料台のウェーハステージ116は、ウェーハ113の載置面の外周側及び側壁を覆って配置されたリング形状のフォーカスリング114とサセプタ115を備え、複数のステージ温度制御手段121等を用いてウェーハステージ116の複数部分を異なる所定の温度に制御することが可能である。
 ウェーハステージ116には、プラズマ中からウェーハ113にイオンを引き込み、そのイオンエネルギーを制御するための4MHzのRFバイアス電源119と、RFバイアス整合器117が接続されている。RFバイアス電源119は、12インチ径の被処理物に対し、連続正弦波時相当で少なくとも100W程度から最大電力6kW程度で出力できる。また、プラズマを透過するバイアス電流のVHF放射アンテナ111への割合を制御するバイアス経路制御機構120を備えており、プラズマの分布をより高精度に制御することが可能である。
 次に上述した図1に示すエッチング装置を用いて本発明を適用する半導体ウェーハの断面構造を図2に示す。ウェーハ基板201(Si)上にシリコン窒化膜202(SiN)とシリコン酸化膜203(SiO)とシリコン窒化膜204(SiN)とポリシリコン膜205(Poly-Si)とシリコン酸化膜206(SiO)が下から順に成膜されている。尚、ポリシリコン膜205(Poly-Si)の厚さは、500~1500nmの厚さであり、シリコン酸化膜206(SiO)の厚さは150~300nmの厚さである。
 次に図2に示す構造の半導体ウェーハのエッチング処理について説明する。
 最初に図2に示すようにパターンが露光されたフォトレジスト膜(図示せず)をマスクとして反射防止膜(図示せず)及びシリコン酸化膜206にエッチングによりパターンを転写する。次にフォトレジスト膜及び反射防止膜をアッシングにより除去する。
 続いて図3に示すようにシリコン酸化膜206をマスクとしてポリシリコン膜205をエッチングする。最初に比較例としてCl2ガスとO2ガスの混合ガスに加えてフルオロカーボンガスのCHF3ガスを使用した場合について説明する。各ガス種の傾向は、以下のようになる。
 先ず、ガス全体流量に対してCl2ガスの流量の割合が高いとClラジカルの供給が過剰となり、図4(a)に示すようにポリシリコン膜205にサイドエッチ401やボーイング402が発生する。また、Cl2ガスの流量の割合が低いと図4(b)に示すようにエッチングが進行せずにエッチストップ403となる。次にガス全体流量に対してCHF3ガスの流量の割合が高いと図4(C)に示すようにマスク層であるシリコン酸化膜206がエッチングされることにより、マスク層が後退し、エッチングが進むにつれて開口部拡大404が発生してしまう。
 また、CHF3ガスは、ポリシリコンに対してCF系重合膜として堆積する。この堆積によりポリシリコン側面が保護され、サイドエッチ401やボーイング402を抑制することができるが、この堆積量が多すぎるとエッチングが進行しなくなり、エッチストップ403が発生する。また、CHF3ガスの流量の割合が低いと重合膜の堆積によるポリシリコン側壁の保護が弱くなり、サイドエッチ401やボーイング402が発生する。
 次にガス全体量に対して酸素ガス(O2)の割合が高いとポリシリコン表面が酸化されることにより、サイドエッチ401やボーイング402を抑制することができるが、酸化量が多すぎるとエッチングが進行しなくなり、エッチストップ403が発生する。また、酸素ガス(O2)の割合が低いとポリシリコン表面の酸化が弱くなり、サイドエッチ401やボーイング402が発生する。
 また、上述したようにデバイスの高集積化に伴う20以上の高アスペクト比のマスク層に深い孔形状または深い溝形状を形成するために特許文献1に開示されたエッチング方法を用いた場合、エッチングの進行とともに開口寸法が拡大してしまう問題404が発生してしまう。そこで本発明では、ハロゲンガスとフルオロカーボンガスと酸素ガスと硫化カルボニルガスの混合ガスを用いることとした。また、硫化カルボニルガス(COS)の効果は以下の通りである。
 COSガスは、プラズマ中でCOとSに解離する。ガス全体流量に対してCOSガスの流量の割合が低いと解離したCOがCHF3により形成されたCF系重合膜をCOFやCOF2として表面から除去することによりエッチングが進行し、エッチストップ403が抑制される。また、酸素ガス(O2)による酸化により形成されたポリシリコン表面の酸化膜をCO2として表面から除去することにより、同様にエッチングが進行し、エッチストップ403が抑制される。
 さらに硫化カルボニルガス(COS)の流量の割合が高いと解離したSがC-F結合よりも結合エネルギーが大きい強固なC-S結合としてCF系重合膜に形成され、サイドエッチ401やボーイング402が抑制される。また、COSガスは、ハロゲン原子を含んでいないため、マスク層のシリコン酸化膜206のエッチングレートが遅く、マスク層の後退による開口部の拡大404を抑制しながらエッチングを進行させることが可能となる。
 一方、硫化カルボニルガス(COS)の流量の割合が高すぎるとC-S結合を含んだ重合膜の堆積量が多くなることにより、エッチングが進行しなくなり、エッチストップ403が発生する。図5は、ガス全体量に対するCOSガスの流量比におけるエッチング深さ501及び開口寸法502の依存性を示している。ここでエッチング深さはエッチングの進行度合いを示している。尚、エッチング処理時間はすべての条件において一定とする。
 図5に示すようにガス全体流量に対するCOSガスの流量割合が0%、すなわちCOSガスの流量が0ml/minの場合、開口寸法が27nm程度であるのに対してエッチング深さは340nm程度であった。次にCOSガスの流量割合が15%の場合、0%と比較して開口寸法が38nm程度になり拡大したが、エッチング深さは600nm程度となりエッチングが進行している。さらにCOSガスの流量割合が25%の場合、開口寸法は27nm程度と0%と同じ開口寸法が得られているのに対してエッチング深さは520nm程度となり、15%の際と比較してもある程度エッチングが進行している。
 次にCOSガスの流量割合が35%の場合、開口寸法は27nm程度、エッチング深さは360nm程度となり、25%の場合と比較してエッチングの進行が遅くなっている。このようなことから開口寸法を拡大させずにエッチングを進行させるためにはガス全体量に対するCOSガスの流量割合を15~35%の範囲内の流量割合とすることが望ましいことがわかる。このため、本実施例では、Cl2ガスの流量を20ml/min、CHF3ガスの流量を75ml/min、O2ガスの流量を65ml/min、COSガスの流量を47ml/minとした。
 また、上記のガス流量に加えてバイアス電源とバイアスのオンオフをミリ秒オーダーで周期的に繰り返すTime Modulationバイアス(以下、TMバイアスと称する)を制御することによってさらに高精度にエッチング形状を制御できる。ここでTMバイアスのオン期間の一周期に対する割合をデューティー比とする。また、TMバイアスは、パルス変調された高周波電力を試料台に供給することとする。
 図6は、バイアス電力とエッチング深さの関係を示している。ここで各バイアス電力において、バイアス電力とデューティー比との積が一定となるように各バイアス電力におけるデューティー比を設定した。図6に示すようにバイアス電力2000W以下においては、エッチング深さが浅くなっていくことがわかる。この結果からエッチングの進行を短時間で進めるためにはバイアス電源の電力設定は2000W以上とすることが望ましい。また、この時、4MHzの2000Wにおける正弦波のピーク間電圧(Vpp)が1800Vであるため、バイアスの周波数が異なる場合は、このVppが1800V以上となる電源電力、または直接Vppが1800V以上となるように制御することにより調整できる。
 TMバイアスは、オン期間のイオンの垂直入射性とオフ期間の反応性の堆積性を効果的に利用することにより所望の加工形状を得ることができる。図7(b)は、デューティー比とボーイング寸法の関係を示している。ここでボーイング寸法とは、図7(a)に示したように間口から50nm下の寸法(a)から間口寸法(b)を差し引いた寸法とした。
 図7(b)に示すようにデューティー比が40%以上になるとボーイング寸法が正の値となり、ボーイング402が発生していることを示している。これはデューティー比が40%以上ではポリシリコン表面へのCF系重合膜の堆積が少なくなり、サイドエッチ401やボーイング402が進行してしまう。一方、デューティー比が10%以下になるとイオンの供給量が少なくなり、エッチングの進行が遅くなる。このため、TMバイアスのデューティー比は10~40%に設定することが望ましい。このようなデューティー比に設定することにより、開口寸法拡大404、サイドエッチ401及びボーイング402抑制が可能となる。
 次に処理圧力について説明する。図8は、処理圧力とエッチング深さ801の関係及び処理圧力とボーイング寸法802の関係を示すグラフである。図8に示すように処理圧力が3Pa以下ではラジカルの量が少なくなるに伴い、エッチングの進行が遅くなる。また、10Pa以上では平均自由工程が短くなることに起因してボーイング寸法が拡大してしまう不具合が発生する。このような結果から処理圧力は3~10Paの範囲内の圧力に設定することが望ましい。
 次に処理中における試料台の温度であるステージ温度について説明する。図9は、処理中のステージ温度(試料台の温度)とエッチング深さの関係を示すグラフである。図9に示すようにステージ温度が50℃以上では、CF系重合膜の堆積速度が遅くなるため、孔または溝形状側面の保護が不十分となり、Clラジカルがサイドエッチ401やボーイング402の形成に消費されてエッチング深さが浅くなる。一方、ステージ温度が50℃以下では、CF系重合膜が孔または溝形状側面を保護することにより、Clラジカルがサイドエッチ401やボーイング402の形成に消費されない。このことによって孔または溝形状の底にClラジカルが到達しやすくなり、エッチング深さが深くなる。このような結果からステージ温度は50℃以下が望ましい。
 以上のようにCl2ガスとCHF3ガスとO2ガスとCOSガスのそれぞれの流量およびその他パラーメータを適宜調整することにより、開口寸法拡大404、サイドエッチ401及びボーイング402を抑制しながらポリシリコン膜205のエッチングを進行させることが可能となる。
 次に上述のポリシリコン膜205のエッチング後、ポリシリコン膜205をマスクとしてシリコン窒化膜204(SiN)とシリコン酸化膜203(SiO)とシリコン窒化膜202(SiN)を順次、エッチングしてウェーハ基板201上に孔または溝を形成する。
 以上、本実施例により、ポリシリコン膜のマスク層を形成し、前記形成されたポリシリコン膜のマスク層を用いて被エッチング膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、エッチング形状異常を抑制することができる。
 また、本実施例では、ハロゲンガスとしてCl2ガスを使用したが、Cl2ガス以外にHBrガス、NF3ガス若しくはSF6ガス又はCl2ガスとHBrガスとNF3ガスとSF6ガスの各々のガスの組み合わせを用いても本実施と同様な効果を得ることが可能である。
 また、本実施例ではフルオロカーボンガスとしてCHF3ガスを使用したが、CHF3ガス以外にCF4ガス、C4F8ガス、C5F8ガス、C4F6ガス、CH2F2ガスまたはCH3Fガスを用いても本実施と同様な効果を得ることが可能である。さらに上述したエッチング用ガスをN2ガス、Arガス、Heガス、XeガスまたはKrガス等の不活性ガスにより希釈しても本実施例と同等の効果を得ることが可能である。
 また、サイドエッチ401とボーイング402を抑制するために酸素ガス(O2)による保護ステップと本実施例のドライエッチングステップを交互に実施するサイクルエッチングを行ってもよい。また、サイクルエッチングの有無に関わらず、ドライエッチングステップにおいて硫化カルボニルガス(COS)の流量を上述したガス全体量に対するCOSガスの流量割合を15~35%の範囲で増減させてもよい。
 また、硫化カルボニルガスの流量比はポリシリコン膜205のエッチングの進行に従って徐々に減少させるようにしてもよい。この場合、硫化カルボニルガスの流量比を減少させるタイミングは、ステップ毎に減少させても良いし、ステップ内で連続して減少させても良い。
 さらに本実施例では図1に示した平行平板構造のVHFエッチング装置を用いた一例を説明したが、CCP(Capasitively Coupled Plasma)、ICP(Inductively Coupled Plasma)、μ波ECR(Electron Cyclotron Resonance)等の他のプラズマ源を用いたプラズマエッチング装置においても本実施例と同様な効果を得ることができる。
 また、本実施例では、シリコン酸化膜206をマスク層としたが、シリコン酸化膜206の代わりにシリコン酸窒化膜、金属膜またはアモルファスカーボン膜をポリシリコン膜と共にマスク層に用いてもよい。
 以上、本発明により、20以上の高アスペクト比の深い孔形状または深い溝形状をポリシリコン膜に形成するドライエッチング方法において、開口寸法を拡大させずに所望の深い孔形状または深い溝形状を形成することができる。
101:ソース用電源
102:ソース電磁波用整合器
104:電磁石A
105:電磁石B
106:エッチングチャンバー
107:ガス導入口A
109:ガス導入口B
111:VHF放射アンテナ
112:シャワープレート
113:ウェーハ
114:フォーカスリング
115:サセプタ
116:ウェーハステージ
117:RFバイアス整合器
119:RFバイアス電源
120:バイアス経路制御機構
121:ステージ温度制御手段
201:ウェーハ基板
202:シリコン窒化膜
203:シリコン酸化膜
204:シリコン窒化膜
205:ポリシリコン膜
206:シリコン酸化膜

Claims (10)

  1. ポリシリコン膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、
    ハロゲンガスとフルオロカーボンガスと酸素ガスと硫化カルボニルガスの混合ガスを用いて前記ポリシリコン膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 請求項1に記載のプラズマ処理方法において、
    前記ハロゲンガスは、ClガスとHBrガスとNFガスとSFガスの中から選択された少なくとも一つのガスであり、
    前記フルオロカーボンガスは、CHFガスとCFガスとCガスとCガスとCガスとCHガスとCHFガスの中から選択された少なくとも一つのガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。
  3. 請求項1に記載のプラズマ処理方法において、
    前記混合ガスの流量に対する前記硫化カルボニルガスの流量の比率は、15~35%の範囲内の値であることを特徴とするプラズマ処理方法。
  4. 請求項1に記載のプラズマ処理方法において、
    前記ポリシリコン膜が成膜された試料が載置される試料台に2000W以上の高周波電力を供給しながら、または、1800V以上のピーク間高周波電圧を前記試料台に印加しながら前記ポリシリコン膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。
  5. 請求項4に記載のプラズマ処理方法において、
    前記高周波電力は、パルス変調され、
    前記パルス変調のデューティー比の値は、10~40%の範囲内の値であることを特徴とするプラズマ処理方法。
  6. 請求項1に記載のプラズマ処理方法において、
    前記ポリシリコン膜がプラズマエッチングされる処理室の圧力を3~10Paの範囲内の圧力とすることを特徴とするプラズマ処理方法。
  7. 請求項1に記載のプラズマ処理方法において、
    前記ポリシリコン膜が成膜された試料が載置される試料台の温度を50℃以下の温度とすることを特徴とするプラズマ処理方法。
  8. 請求項1に記載のプラズマ処理方法において、
    前記ハロゲンガスは、Clガスであり、
    前記フルオロカーボンガスは、CHFガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。
  9. 請求項1に記載のプラズマ処理方法において、
    前記ポリシリコン膜は、孔または溝を被エッチング膜に形成するためのマスク材であることを特徴とするプラズマ処理方法。
  10. 請求項8に記載のプラズマ処理方法において、
    前記ポリシリコン膜は、孔または溝を被エッチング膜に形成するためのマスク材であることを特徴とするプラズマ処理方法。
PCT/JP2019/016735 2019-04-19 2019-04-19 プラズマ処理方法 Ceased WO2020008703A1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/016735 WO2020008703A1 (ja) 2019-04-19 2019-04-19 プラズマ処理方法
KR1020197037110A KR102419373B1 (ko) 2019-04-19 2019-04-19 플라스마 처리 방법
CN201980003473.8A CN112119484B (zh) 2019-04-19 2019-04-19 等离子体处理方法
JP2019569860A JP6959999B2 (ja) 2019-04-19 2019-04-19 プラズマ処理方法
US16/642,311 US11257678B2 (en) 2019-04-19 2019-04-19 Plasma processing method
TW109102376A TWI795625B (zh) 2019-04-19 2020-01-22 電漿處理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/016735 WO2020008703A1 (ja) 2019-04-19 2019-04-19 プラズマ処理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020008703A1 true WO2020008703A1 (ja) 2020-01-09

Family

ID=69060635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/016735 Ceased WO2020008703A1 (ja) 2019-04-19 2019-04-19 プラズマ処理方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11257678B2 (ja)
JP (1) JP6959999B2 (ja)
KR (1) KR102419373B1 (ja)
CN (1) CN112119484B (ja)
TW (1) TWI795625B (ja)
WO (1) WO2020008703A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112289676A (zh) * 2020-03-11 2021-01-29 深圳方正微电子有限公司 一种去除半导体器件制造中的多晶硅残留的方法
WO2022220224A1 (ja) * 2021-04-14 2022-10-20 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及びプラズマ処理装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202407797A (zh) * 2022-03-01 2024-02-16 日商東京威力科創股份有限公司 電漿處理方法及電漿處理裝置
JP7498367B2 (ja) * 2022-04-11 2024-06-11 株式会社日立ハイテク プラズマ処理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008103718A (ja) * 2006-10-17 2008-05-01 Samsung Electronics Co Ltd 半導体素子の微細パターンの形成方法
WO2013118660A1 (ja) * 2012-02-09 2013-08-15 東京エレクトロン株式会社 半導体製造装置の製造方法及び半導体製造装置
JP2015090897A (ja) * 2013-11-05 2015-05-11 東京エレクトロン株式会社 熱伝導性シリコーンシート及びその製造方法及びこれを用いたプラズマ処理装置
JP2016529740A (ja) * 2013-09-09 2016-09-23 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード エッチングガスを用いて半導体構造をエッチングする方法
JP2018074006A (ja) * 2016-10-31 2018-05-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマエッチング方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4793897A (en) 1987-03-20 1988-12-27 Applied Materials, Inc. Selective thin film etch process
US6312616B1 (en) 1998-12-03 2001-11-06 Applied Materials, Inc. Plasma etching of polysilicon using fluorinated gas mixtures
US6399515B1 (en) * 1999-06-21 2002-06-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Plasma etch method for forming patterned chlorine containing plasma etchable silicon containing layer with enhanced sidewall profile uniformity
US6402974B1 (en) * 1999-07-27 2002-06-11 Applied Materials, Inc. Method for etching polysilicon to have a smooth surface
KR100945226B1 (ko) * 2002-12-30 2010-03-03 주식회사 하이닉스반도체 등방성 건식식각을 이용한 고선택적 폴리실리콘 식각방법
US7754610B2 (en) 2006-06-02 2010-07-13 Applied Materials, Inc. Process for etching tungsten silicide overlying polysilicon particularly in a flash memory
WO2009067381A1 (en) 2007-11-21 2009-05-28 Lam Research Corporation Method of controlling etch microloading for a tungsten-containing layer
JP2010135592A (ja) 2008-12-05 2010-06-17 Elpida Memory Inc 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP5968130B2 (ja) * 2012-07-10 2016-08-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP2014082228A (ja) * 2012-10-12 2014-05-08 Tokyo Electron Ltd プラズマエッチング方法
US9230825B2 (en) 2012-10-29 2016-01-05 Lam Research Corporation Method of tungsten etching
JP2014216331A (ja) * 2013-04-22 2014-11-17 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマエッチング方法
JP6113608B2 (ja) 2013-08-30 2017-04-12 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマエッチング方法
JP6320248B2 (ja) * 2014-03-04 2018-05-09 東京エレクトロン株式会社 プラズマエッチング方法
JP6200849B2 (ja) * 2014-04-25 2017-09-20 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置およびドライエッチング方法
TWI658509B (zh) * 2014-06-18 2019-05-01 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude 用於tsv/mems/功率元件蝕刻的化學物質
US10246772B2 (en) * 2015-04-01 2019-04-02 Applied Materials, Inc. Plasma enhanced chemical vapor deposition of films for improved vertical etch performance in 3D NAND memory devices
KR20160127891A (ko) 2015-04-27 2016-11-07 삼성전자주식회사 싸이클 공정을 이용한 수직 패턴의 형성방법
CN111627807B (zh) * 2016-03-28 2023-08-29 株式会社日立高新技术 等离子处理方法以及等离子处理装置
US9865484B1 (en) * 2016-06-29 2018-01-09 Applied Materials, Inc. Selective etch using material modification and RF pulsing
US20180286707A1 (en) * 2017-03-30 2018-10-04 Lam Research Corporation Gas additives for sidewall passivation during high aspect ratio cryogenic etch
JP6415636B2 (ja) * 2017-05-25 2018-10-31 東京エレクトロン株式会社 プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置
JP2018200925A (ja) * 2017-05-25 2018-12-20 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法およびエッチング装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008103718A (ja) * 2006-10-17 2008-05-01 Samsung Electronics Co Ltd 半導体素子の微細パターンの形成方法
WO2013118660A1 (ja) * 2012-02-09 2013-08-15 東京エレクトロン株式会社 半導体製造装置の製造方法及び半導体製造装置
JP2016529740A (ja) * 2013-09-09 2016-09-23 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード エッチングガスを用いて半導体構造をエッチングする方法
JP2015090897A (ja) * 2013-11-05 2015-05-11 東京エレクトロン株式会社 熱伝導性シリコーンシート及びその製造方法及びこれを用いたプラズマ処理装置
JP2018074006A (ja) * 2016-10-31 2018-05-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマエッチング方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112289676A (zh) * 2020-03-11 2021-01-29 深圳方正微电子有限公司 一种去除半导体器件制造中的多晶硅残留的方法
CN112289676B (zh) * 2020-03-11 2023-06-13 深圳方正微电子有限公司 一种去除半导体器件制造中的多晶硅残留的方法
WO2022220224A1 (ja) * 2021-04-14 2022-10-20 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及びプラズマ処理装置
JPWO2022220224A1 (ja) * 2021-04-14 2022-10-20
JP7650349B2 (ja) 2021-04-14 2025-03-24 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及びプラズマ処理装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20200357650A1 (en) 2020-11-12
TW202040687A (zh) 2020-11-01
US11257678B2 (en) 2022-02-22
CN112119484A (zh) 2020-12-22
KR20200122984A (ko) 2020-10-28
KR102419373B1 (ko) 2022-07-12
CN112119484B (zh) 2024-03-22
TWI795625B (zh) 2023-03-11
JP6959999B2 (ja) 2021-11-05
JPWO2020008703A1 (ja) 2020-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10600639B2 (en) SiN spacer profile patterning
TWI761345B (zh) 蝕刻方法
CN111627807B (zh) 等离子处理方法以及等离子处理装置
US10580657B2 (en) Device fabrication via pulsed plasma
US20220051904A1 (en) Etching method
US12230505B2 (en) Etching apparatus
JP5214596B2 (ja) プラズマ処理システムのマスクアンダーカットおよびノッチを最小化する方法
KR20160084314A (ko) 이방성 텅스텐 에칭을 위한 방법 및 장치
KR20120132693A (ko) 마스크 패턴의 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법
TWI795625B (zh) 電漿處理方法
TWI692809B (zh) 蝕刻方法
TW201530648A (zh) 乾式蝕刻方法
KR20100004891A (ko) 플라즈마 에칭 방법, 제어 프로그램 및 컴퓨터 기억 매체
CN105810582B (zh) 蚀刻方法
US20240038501A1 (en) Etching method and plasma processing apparatus
CN113597662B (zh) 等离子体处理方法
CN105810579B (zh) 蚀刻方法
JP4473051B2 (ja) エッチング装置及びエッチング方法

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019569860

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19830982

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19830982

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1