[發明專利]使用蝕刻劑膜的循環干法蝕刻方法

在審

• 申請號: 201710570101.6
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107622944A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 財津優;小林伸好;小林明子;堀勝;近藤博基;堤隆嘉
• 申請（專利權）人: ASMIP控股有限公司;國立大學法人名古屋大學
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 董慶,項丹

技術領域

本發明一般涉及由硅或金屬的氧化物、氮化物或碳化物構成的層的循環干法蝕刻方法。

背景技術

如日本專利公開第2013-235912號和日本專利公開第2014-522104號所公開，原子層蝕刻(ALE)是使用吸附在靶膜上且與激發的反應物質反應的蝕刻劑氣體的循環的、原子層級的蝕刻。與傳統的蝕刻技術相比，ALE能在亞納米級進行精確的、原子層級的連續蝕刻以形成精細的、窄凸凹圖案，且可適用于例如雙重圖案化加工。作為蝕刻劑氣體，已知Cl₂、HCl、CHF₃、CH₂F₂、CH₃F、H₂、BCL₃、SiCl₄、Br₂、HBr、NF₃、CF₄、C₂F₆、C₄F₈、SF₆、O₂、SO₂、COS等。但是，據揭示，當蝕刻無機氧化物或無機氮化物的膜，例如氧化硅或氮化硅的膜時，通過ALE來蝕刻基板上的膜的面內均勻性并不令人滿意。

當使用Cl₂作為蝕刻劑氣體并通過ALE蝕刻Si或GaAs時，能獲得較好的蝕刻的面內均勻性。但是，當使用碳氟化合物例如C₄F₈作為蝕刻劑氣體并通過ALE來蝕刻氧化硅或氮化硅的膜時，不能獲得良好的蝕刻的面內均勻性。這是因為，蝕刻劑氣體通過物理吸附而不是化學吸附被吸附在基板的表面上，盡管實際上傳統上將蝕刻劑氣體的吸附有時稱為“化學吸附”。即，傳統的ALE對于金屬或硅的氧化物或氮化物的膜，利用物理地吸附于該膜的表面上的蝕刻劑氣體進行蝕刻，其中，上述吸附的蝕刻劑氣體與激發的物質反應，且由于在吹掃后殘留于反應空間內的蝕刻劑氣體而導致氣相蝕刻。作為結果，蝕刻的面內均勻性變差。如果蝕刻劑氣體化學吸附在基板的表面，該吸附是化學飽和吸附的化學吸附，是一種自限制吸附反應過程，其中，沉積的蝕刻劑氣體分子的量通過反應性的表面位點的數量來確定，且不依賴于飽和后的前體暴露，并且蝕刻劑氣體的供給滿足在每個循環中的反應性的表面位點是飽和的(即，理論上，每個循環中吸附在表面上的蝕刻劑氣體具有一分子的厚度)。當發生蝕刻劑氣體在基板表面上的化學吸附時，可實現較高的蝕刻的面內均勻性。傳統的ALE，盡管其稱為“化學吸附”，但實際上是通過物理吸附將蝕刻劑氣體吸附在基板表面(例如SiO₂和SiN)上。如果蝕刻劑氣體的吸附是化學吸附，那么蝕刻的面內均勻性在邏輯上應當較高，且每個循環的蝕刻率不應受蝕刻氣體的流量或在表面的蝕刻劑氣體分子飽和后蝕刻劑氣體流的脈沖的持續時間的影響。但是，傳統的氣體吸附不滿足上述情況。

本公開中包括的上述的及其他任何的與背景技術相關的問題和方案的討論僅用于為本發明提供背景的目的，不應視為對發明本發明時已知任何或所有討論的認同。

發明內容

在一些實施方式中，由蝕刻劑成分構成的膜(也可稱為“蝕刻劑膜”)沉積在靶層的表面上，然后，使用等離子體處理將該蝕刻劑膜和靶層一起蝕刻。通過實施上述沉積步驟和上述蝕刻步驟并根據需要交替地重復這兩步驟，在每次實施沉積步驟和蝕刻步驟作為一個蝕刻循環時，能以基本上恒定的預定的量蝕刻靶層。在上文中，蝕刻劑成分最初并不作為蝕刻靶層的蝕刻劑氣體起作用，而是在靶層的表面上形成膜。在一些實施方式中，“膜”是指在與厚度方向垂直的方向上連續地延伸的層，其覆蓋整個靶或靶的相關表面且基本上沒有小孔，該膜通常是通過使用活性物質的反應而形成的膜，而不是簡單地通過在表面上的氣體分子的化學或物理吸附而形成的膜；因此，隨著沉積處理的連續進行，上述膜能在厚度方向上生長超過一個原子層的厚度。

在一些實施方式中，當使用反應性離子例如氧等離子體來蝕刻沉積在靶層的表面上的蝕刻劑膜時，蝕刻劑膜的成分解離并與反應性離子反應，產生反應性蝕刻劑物質，該反應性蝕刻劑物質能蝕刻在蝕刻劑膜和靶層之間的邊界上的靶層的一部分。在上文中，僅在邊界上的特定厚度的蝕刻劑膜能夠對靶層的蝕刻反應有貢獻，這是因為，反應性蝕刻劑物質需要在邊界附近產生。此外，因為對蝕刻劑膜進行蝕刻的反應性離子不蝕刻靶層，當蝕刻劑膜被反應性離子消除時，靶層的蝕刻反應停止。因此，通過上述方法，通過一個蝕刻循環，總是能夠蝕刻固定量的靶層，因此，蝕刻處理的可控制性和可操作性高。