等離子體處理方法和等離子體處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用等離子體對形成在被處理基板上的多層膜進(jìn)行蝕刻的等離子體處理方法和等離子體處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]3D-NAND閃存等的三維疊層半導(dǎo)體存儲器包括將不同種類的層交替層疊多個(gè)而成的疊層膜(例如參照下述專利文獻(xiàn)I)。在疊層膜有時(shí)會形成貫通至基底膜的深凹部(洞(孔)、溝(槽))，在該深凹部的形成中使用等離子體蝕刻。
[0003]在對這樣的多層膜進(jìn)行蝕刻的等離子體處理中，對構(gòu)成疊層膜的種類不同的每個(gè)層進(jìn)行蝕刻時(shí)，疊層數(shù)越多蝕刻次數(shù)越增大，生產(chǎn)率下降。因此，使用包含為了蝕刻種類不同的層所需要的各氣體的全部的處理氣體，對疊層膜進(jìn)行等離子體蝕刻，由此能夠通過一次等離子體蝕刻形成在不同種類的層中貫通的凹部。
[0004]在這樣蝕刻疊層膜時(shí)，將圖案化有用于在疊層膜上形成凹部的開口部的掩模層形成在疊層膜上，以該掩模層作為掩模對疊層膜進(jìn)行等離子體蝕刻。具體而言，已知通過進(jìn)行等離子體蝕刻的主蝕刻和之后使深孔的下端(底部)形狀(底部CD值)擴(kuò)大的過蝕刻而形成深孔。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-266944號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明想要解決的技術(shù)問題
[0009]但是，在這樣的疊層膜的蝕刻中，在主蝕刻中逐漸深挖疊層膜時(shí)必須避免開口寬度擴(kuò)大，在過蝕刻中必須通過使深孔的下端(底部)的形狀(底部CD)擴(kuò)大，以防止成為錐形狀。如果深孔的下端(底部)形成為錐形狀，則例如在后步驟中，有著在垂直硅蝕刻時(shí)不能夠進(jìn)行修正而導(dǎo)致對元件的電氣特性造成影響等的問題。為了使得深孔的下端(底部)不成為錐狀，在主蝕刻中使得與其它氣體相比，氧氣的流量比較小，使CF聚合物的深積量(附著量)較多，在過蝕刻中使得與其它氣體相比，氧氣的流量比較大，使CF聚合物的沉積量較少即可。
[0010]但是，這樣做的話，如果CF聚合物的沉積量較少的過蝕刻的時(shí)間過長，則即使深孔的下端(底部)形狀能夠被調(diào)整為不成為錐狀，也會過大地蝕刻至基底硅層而產(chǎn)生基底損失。相反地，如果CF聚合物的沉積量較多的主蝕刻的時(shí)間過長，則即使能夠抑制對基底硅層的蝕刻(基底損失)，也不能夠充分進(jìn)行深孔的下端(底部)形狀的調(diào)整。
[0011]于是，本發(fā)明鑒于上述問題而提出，其目的在于，提供一種在對多層膜進(jìn)行等離子體蝕刻時(shí)，在擴(kuò)大凹部的下端(底部)形狀的同時(shí)能夠抑制基底損失的等離子體處理方法等。
[0012]用于解決課題的技術(shù)方案
[0013]為了解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種等離子體處理方法，其在處理室內(nèi)配置被處理基板，通過生成處理氣體的等離子體，以形成了圖案的掩模層作為掩模對在上述被處理基板形成的多層膜進(jìn)行等離子體蝕刻，該等離子體處理方法的特征在于:上述多層膜包括形成在基底硅膜上的相對介電常數(shù)不同的第一膜和第二膜交替疊層而成的疊層膜，該等離子體處理方法進(jìn)行下述步驟:將包含氟碳類氣體和氧氣的處理氣體導(dǎo)入上述處理室內(nèi)生成等離子體，進(jìn)行等離子體蝕刻，由此在上述疊層膜形成直至規(guī)定深度的凹部的主蝕刻步驟；和之后形成凹部直至基底硅膜露出的過蝕刻步驟，上述過蝕刻步驟反復(fù)進(jìn)行2次以上的下述過蝕刻:使上述氧氣對上述氟碳類氣體的流量比相比于上述主蝕刻增加而進(jìn)行的第一過蝕刻；使上述氧氣對上述氟碳類氣體的流量比相比于上述第一過蝕刻減少而進(jìn)行的第二過蝕刻。
[0014]根據(jù)這樣的本發(fā)明，在對多層膜進(jìn)行等離子體蝕刻時(shí)，能夠在主蝕刻步驟后，進(jìn)行反復(fù)進(jìn)行2次以上的CF類聚合物的沉積量少的第一過蝕刻和CF類聚合物的沉積量多的第二過蝕刻的過蝕刻步驟，因此能夠擴(kuò)大凹部的下端形狀，并且CF類聚合物作為基底硅膜的保護(hù)膜起作用而抑制基底硅膜的蝕刻。由此能夠抑制基底損失。
[0015]進(jìn)一步，通過反復(fù)進(jìn)行第一過蝕刻和第二過蝕刻，能夠使在主蝕刻中殘留的多層膜的蝕刻繼續(xù)進(jìn)行，并且當(dāng)基底硅膜露出時(shí)抑制蝕刻的進(jìn)行，因此也能夠抑制基底損失的偏差。
[0016]為了解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種等離子體處理裝置，其通過在上述處理室內(nèi)生成處理氣體的等離子體，以形成了圖案的掩模層作為掩模對在被處理基板形成的多層膜進(jìn)行等離子體蝕刻，該等離子體處理裝置的特征在于，包括:設(shè)置在上述處理室內(nèi)的上部電極；與上述上部電極相對設(shè)置，配置上述被處理基板的下部電極，該被處理基板形成有包括形成在基底硅膜上的相對介電常數(shù)不同的第一膜和第二膜交替疊層而成的疊層膜的所述多層膜；對上述下部電極施加等離子體生成用高頻電力的第一高頻電源；對上述下部電極施加偏壓用高頻電力的第二高頻電源；和控制部，該控制部使得進(jìn)行下述步驟:將包含氟碳類氣體和氧氣的處理氣體導(dǎo)入上述處理室內(nèi)生成等離子體，進(jìn)行等離子體蝕刻，由此在上述疊層膜形成直至規(guī)定深度的凹部的主蝕刻步驟；和之后形成凹部直至基底硅膜露出的過蝕刻步驟，上述控制部在上述過蝕刻步驟中反復(fù)進(jìn)行2次以上的下述過蝕刻步驟:使上述氧氣對上述氟碳類氣體的流量比相比于上述主蝕刻增加而進(jìn)行的第一過蝕刻；和使上述氧氣對上述氟碳類氣體的流量比相比于上述第一過蝕刻減少而進(jìn)行的第二過蝕刻。
[0017]此外可以是，上述處理氣體包含氫氟烴類氣體，在上述第二過蝕刻中，使上述處理氣體中的上述氫氟烴類氣體的流量比為零或相比于上述第一過蝕刻減少。此外可以是，在上述第二過蝕刻中，在上述處理氣體中含有上述CF4氣體和NF3氣體中的任一種或兩種。
[0018]此外，上述第一過蝕刻和上述第二過蝕刻的反復(fù)次數(shù)優(yōu)選為6次以上。此外，上述第二過蝕刻的處理?xiàng)l件與上述主蝕刻步驟的處理?xiàng)l件可以同樣。另外，構(gòu)成上述疊層膜的第一膜和第二膜中，一方例如為氧化硅膜，另一方例如為氮化硅膜。
[0019]為了解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種等離子體處理方法，其在處理室內(nèi)配置被處理基板，通過生成處理氣體的等離子體，以形成了圖案的掩模層作為掩模對在上述被處理基板形成的多層膜進(jìn)行等離子體蝕刻，該等離子體處理方法的特征在于:上述多層膜包括形成在基底膜上的相對介電常數(shù)不同的第一膜和第二膜交替疊層而成的疊層膜，該等離子體處理方法進(jìn)行下述步驟:將包含第一氣體和第二氣體的處理氣體導(dǎo)入上述處理室內(nèi)生成等離子體，進(jìn)行等離子體蝕刻，由此在上述疊層膜形成直至規(guī)定深度的凹部的主蝕刻步驟；和之后形成凹部直至基底膜露出的過蝕刻步驟，上述過蝕刻步驟反復(fù)進(jìn)行2次以上的下述過蝕刻:使上述第二氣體對上述第一氣體的流量比相比于上述主蝕刻增加而進(jìn)行的第一過蝕刻；使上述第二氣體對上述第一氣體的流量比相比于上述第一過蝕刻減少而進(jìn)行的第二過蝕刻。
[0020]此外可以是，在上述第二過蝕刻中，上述處理氣體中的上述第一氣體的流量比為零或相比于上述第一過蝕刻減少。此外，在上述第二過蝕刻中，在上述處理氣體中包含第三氣體。
[0021]此外，上述第一過蝕刻和上述第二過蝕刻的反復(fù)次數(shù)優(yōu)選為6次以上。此外，上述第二過蝕刻的處理?xiàng)l件可以與上述主蝕刻步驟的處理?xiàng)l件同樣。
[0022]發(fā)明效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明，在對多層膜進(jìn)行等離子體蝕刻時(shí)，能夠在擴(kuò)大凹部的下端(底部)形狀的同時(shí)抑制基底損失，還能夠抑制其偏差。
【附圖說明】
[0024]圖1是概念性表示經(jīng)由本發(fā)明實(shí)施方式的等離子體處理方法進(jìn)行的多層膜的蝕刻處理步驟能夠制造得到的三維疊層半導(dǎo)體存儲器的構(gòu)造的表。
[0025]圖2A是圖1的A-A截面圖。
[0026]圖2B是圖1的B-B截面圖。
[0027]圖3是表示能夠?qū)嵤┰搶?shí)施方式的蝕刻處理的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)例的縱截面圖。
[0028]圖4是用于說明該實(shí)施方式的多層膜的膜構(gòu)造的截面圖。
[0029]圖5是概念性地表示對圖4所示的多層膜進(jìn)行主蝕刻時(shí)的狀況的截面圖。
[0030]圖6A是概念性地表示對圖5所示的主蝕刻后的多層膜僅進(jìn)行一次無沉積處理的過蝕刻的狀況的截面圖。
[0031]圖6B是概念性地表示對圖5所示的主蝕刻后的多層膜各進(jìn)行一次無沉積處理的第一過蝕刻和沉積處理的第二過蝕刻的狀況的截面圖。
[0032]圖6C是概念性地表示對圖5所示的主蝕刻后的多層膜交替地反復(fù)進(jìn)行多次無沉積處理的第一過蝕刻和沉積處理的第二過蝕刻的狀況的截面圖。
[0033]圖7是表示該實(shí)施方式的蝕刻處理的概要的流程圖。
[0034]圖8A是該實(shí)施方式的蝕刻處理的步驟圖，是用于說明本實(shí)施方式的蝕刻處理前的多層膜的截面圖。
[0035]圖8B是接著圖8A的步驟圖，是用于說明主蝕刻步驟后的狀態(tài)的截面圖。
[0036]圖SC是接著圖SB的步驟圖，是用于說明過蝕刻步驟的途中狀態(tài)的截面圖。
[0037]圖8D是接著圖SC的步驟圖，是用于說明過蝕刻步驟后的狀態(tài)的截面圖。
[0038]圖9A是表示進(jìn)行第一實(shí)驗(yàn)的比較例的蝕刻處理時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖，圖示了凹部截面的掃描型電子顯微鏡照片的跡線。
[0039]圖9B是表示進(jìn)行第一實(shí)驗(yàn)的本實(shí)施方式的蝕刻處理時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖，圖示了凹部截面的掃描型電子顯微鏡照片的跡線。
[0040]圖1OA是表示進(jìn)行第二實(shí)驗(yàn)的比較例的蝕刻處理時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖，圖示了凹部截面的掃描型電子顯微鏡照片的跡線。
[0041]圖1OB是表示進(jìn)行第二實(shí)驗(yàn)的本實(shí)施方式的蝕刻處理時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖，圖示了凹部截面的掃描型電子顯微鏡照片的跡線。
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，本說明書中的ImTorr 是(1^3X 101325/760)Pa0
[0043](三維疊層半導(dǎo)體存儲器的構(gòu)造)
[0044]首先，對于能夠經(jīng)過本發(fā)明的一實(shí)施方式的等離子體處理方法的工藝制造得到的三維疊層半導(dǎo)體存儲器的具體的結(jié)構(gòu)例，參照附圖進(jìn)行說明。此處，作為三維疊層半導(dǎo)體存儲器的一個(gè)例子舉出3D-NAND閃存。圖1是概念性表示3D-NAND閃存的構(gòu)造的立體圖。圖2A是圖1所示的3D-NAND閃存的A-A截面圖。圖2B是圖1所示的3D-NAND閃存的B-B截面圖。
[0045]圖1所示的NAND閃存例如由各自成為可擦的一個(gè)單位的多個(gè)塊構(gòu)成。圖1中，例示了二個(gè)塊BK1、BK2。源極擴(kuò)散層DL在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成，例如對全部塊共用地設(shè)置有一個(gè)。源極擴(kuò)散層DL經(jīng)由接觸插塞PS與源極線SL連接。在源極擴(kuò)散層DL上，形成包括例如相對介電常數(shù)不同的第