(57)【要約】  シリコン窒化物層のエッチング速度とシリコン酸化物層のエッチング速度を同程度に制御することができるエッチング方法を提供する。積層されたシリコン酸化物層（２）とシリコン窒化物層（３）とを有する積層膜（５）を備える被処理体を、炭素、臭素、及びフッ素からなるハロゲン化炭素化合物を含有するエッチングガスにより処理する。すると、シリコン酸化物層（２）とシリコン窒化物層（３）とが、同程度のエッチング速度でエッチングされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層されたシリコン酸化物層とシリコン窒化物層とを有する積層膜を備える被処理体を、炭素、臭素、及びフッ素からなるハロゲン化炭素化合物を含有するエッチングガスにより処理して、前記シリコン酸化物層と前記シリコン窒化物層との両方をエッチングするエッチング工程を備えるエッチング方法。
【請求項２】
前記ハロゲン化炭素化合物がジブロモジフルオロメタン及びブロモペンタフルオロエタンの少なくとも一方である請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記エッチングガスが不活性ガスをさらに含有する請求項１又は請求項２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記エッチング工程においては、前記エッチングガスをプラズマ化して得られるプラズマガスを用いてエッチングする請求項１〜３のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程においては、レジストや有機膜やカーボン膜をマスクとして、積層されたシリコン酸化物層とシリコン窒化物層とを有する積層膜を、エッチングガスを用いてエッチングする工程がある。例えば特許文献１には、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、添加ガス、及び不活性ガスからなるエッチングガスを用いて、上記の積層膜をエッチングする方法が開示されている。しかしながら、Ｓｉ−Ｎ結合はＳｉ−Ｏ結合に比べて結合エネルギーが弱いので、シリコン窒化物層のエッチング速度がシリコン酸化物層のエッチング速度よりも１．２倍程度大きくなる。【０００３】
そのため、アスペクト比２０を超えるような高アスペクト比の貫通孔を形成する深掘りエッチングを上記の積層膜に対して施した場合には、シリコン酸化物層が厚さ方向にエッチングされる速度よりも、シリコン窒化物層が厚さ方向に直交する面方向にエッチングされる速度の方が大きくなるので、シリコン窒化物層が面方向に過剰にエッチングされて、エッチング形状の異常が生じるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特許公開公報  ２０１２年第１１４４０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、シリコン窒化物層のエッチング速度とシリコン酸化物層のエッチング速度を同程度に制御することができるエッチング方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明の一態様は以下の［１］〜［４］の通りである。
［１］  積層されたシリコン酸化物層とシリコン窒化物層とを有する積層膜を備える被処理体を、炭素、臭素、及びフッ素からなるハロゲン化炭素化合物を含有するエッチングガスにより処理して、前記シリコン酸化物層と前記シリコン窒化物層との両方をエッチングするエッチング工程を備えるエッチング方法。【０００７】
［２］  前記ハロゲン化炭素化合物がジブロモジフルオロメタン及びブロモペンタフルオロエタンの少なくとも一方である［１］に記載のエッチング方法。
［３］  前記エッチングガスが不活性ガスをさらに含有する［１］又は［２］に記載のエッチング方法。
［４］  前記エッチング工程においては、前記エッチングガスをプラズマ化して得られるプラズマガスを用いてエッチングする［１］〜［３］のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のエッチング方法によって、積層されたシリコン酸化物層とシリコン窒化物層とを有する積層膜を備える被処理体をエッチングすれば、シリコン窒化物層のエッチング速度とシリコン酸化物層のエッチング速度を同程度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るエッチング方法を説明する被処理体の断面図である。
【図２】ＩＣＰ電力とエッチング速度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態について以下に説明する。なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。
【００１１】
本実施形態のエッチング方法は、積層されたシリコン酸化物層（ＳｉＯｘ層）とシリコン窒化物層とを有する積層膜を備える被処理体を、炭素、臭素、及びフッ素からなるハロゲン化炭素化合物を含有するエッチングガスにより処理して、シリコン酸化物層とシリコン窒化物層との両方をエッチングするエッチング工程を備える。
【００１２】
本実施形態のエッチング方法によって、積層されたシリコン酸化物層とシリコン窒化物層とを有する積層膜を備える被処理体をエッチングすれば、エッチング条件等により、シリコン酸化物層のエッチング速度に対するシリコン窒化物層のエッチング速度の比（［シリコン窒化物層のエッチング速度］／［シリコン酸化物層のエッチング速度］）を０．８以上１．５未満の間で任意に制御することができる。よって、本実施形態のエッチング方法によれば、シリコン窒化物層のエッチング速度とシリコン酸化物層のエッチング速度を同程度に制御することが可能であり、シリコン酸化物層のエッチング速度に対するシリコン窒化物層のエッチング速度の比は０．９以上１．２未満とすることが好ましい。
【００１３】
炭素、臭素、及びフッ素からなるハロゲン化炭素化合物の種類は特に限定されるものではないが、ジブロモジフルオロメタン（ＣＢｒ２Ｆ２）及びブロモペンタフルオロエタン（Ｃ２ＢｒＦ５）の少なくとも一方を用いることができる。
エッチングガスには、ハロゲン化炭素化合物とともに不活性ガスを含有させてもよい。不活性ガスを共存させながらエッチングを行うことにより、マスクに対してシリコン酸化物層及びシリコン窒化物層を選択的に且つ高いエッチング速度でエッチングすることができる。不活性ガスの種類は特に限定されるものではないが、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、窒素（Ｎ２）があげられる。これら不活性ガスは１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１４】
また、エッチング工程において採用されるエッチング方法は特に限定されるものではないが、エッチングガスをプラズマ化して得られるプラズマガスを用いてエッチングするプラズマエッチング法を採用することができる。
エッチングに使用されるプラズマには、プラズマ容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＰ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ  Ｗａｖｅ  Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｗａｖｅ  Ｐｌａｓｍａ）などがある。
【００１５】
このような本実施形態のエッチング方法は、例えば三次元ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの製造過程中の一工程である、シリコン窒化物層とシリコン酸化物層が基板上に交互に多数積層された積層膜に対して厚さ方向に延びる貫通孔を形成する工程において使用可能である。
積層されたシリコン酸化物層とシリコン窒化物層とを有する積層膜を備える被処理体を、本実施形態のエッチング方法によりエッチングして、積層膜に貫通孔を形成する方法の一例を、図１を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、積層膜５に貫通孔９が形成された被処理体の断面図であるが、この被処理体は、シリコン窒化物層３とシリコン酸化物層２が交互に多数（図１の例では３層ずつ）積層された積層膜５が、半導体基板１の上に設けられて構成されている。なお、半導体基板１の直上には積層膜５のシリコン酸化物層２が積層されている。
積層膜５の最上層のシリコン窒化物層３の上には、パターンが形成されたマスク７が被覆されており、本実施形態のエッチング方法によりエッチングを行うと、マスク７から露出する積層膜５がエッチングされて貫通孔９が形成される。
【００１７】
本実施形態のエッチング方法は、シリコン窒化物層３のエッチング速度とシリコン酸化物層２のエッチング速度を同程度に制御することが可能であるので、積層膜５に貫通孔９を形成する際には、貫通孔９の内面に露出するシリコン窒化物層３が面方向（厚さ方向に直交する方向）に過剰にエッチングされることが抑制される。よって、アスペクト比２０を超えるような高アスペクト比の貫通孔９を形成する深掘りエッチングを積層膜５に対して施した場合でも、図１に示すように、積層膜５の積層構造の崩壊やエッチング形状異常を生じることなく貫通孔９を形成することができる。
【実施例】
【００１８】
以下に各種試験例を示して、本発明をより詳細に説明する。
〔試験例１〕
プラズマ化学気相成長法によりＳｉ基板上にシリコン窒化物層を成膜して試験片を得た。シリコン窒化物層の膜厚は５００ｎｍとした。この試験片に対して誘導結合型プラズマエッチング（ＩＣＰエッチング）を施し、シリコン窒化物層をエッチングした。エッチング条件は以下の通りである。【００１９】
エッチング装置：サムコ株式会社製のＩＣＰエッチング装置ＲＩＥ−２００ｉＰ
エッチング時間：１２０秒
ＩＣＰ電力    ：２００Ｗ、５００Ｗ、又は８００Ｗ
バイアス電力  ：２００Ｗ
圧力          ：２Ｐａ
エッチングガス：ジブロモジフルオロメタン１体積部とアルゴン９体積部の混合ガス
エッチングガスの流量：１００ＳＣＣＭ
エッチングが終了したら、日本分光株式会社製のエリプソメータＭ−５５０を用いてシリコン窒化物層の膜厚を測定した。そして、エッチング前後での膜厚の差をエッチング時間で除することにより、シリコン窒化物層のエッチング速度を算出した。【００２０】
〔試験例２〕
シリコン窒化物層に代えて膜厚２０００ｎｍのシリコン酸化物層をＳｉ基板上に成膜して試験片を得る点以外は、試験例１と同様にして、シリコン酸化物層のエッチング速度を算出した。【００２１】
〔試験例３〕
エッチングガス中のハロゲン化炭素化合物の種類をジブロモジフルオロメタンから四フッ化炭素（ＣＦ４）に代えた点以外は、試験例１と同様にして、シリコン窒化物層のエッチング速度を算出した。【００２２】
〔試験例４〕
エッチングガス中のハロゲン化炭素化合物の種類をジブロモジフルオロメタンから四フッ化炭素（ＣＦ４）に代えた点以外は、試験例２と同様にして、シリコン酸化物層のエッチング速度を算出した。【００２３】
〔試験例５〕
エッチングガスを、四フッ化炭素１体積部とアルゴン８体積部と酸素ガス１体積部との混合ガスに代えた点以外は、試験例３と同様にして、シリコン窒化物層のエッチング速度を算出した。【００２４】
〔試験例６〕
エッチングガスを、四フッ化炭素１体積部とアルゴン８体積部と酸素ガス１体積部との混合ガスに代えた点以外は、試験例４と同様にして、シリコン酸化物層のエッチング速度を算出した。【００２５】
【表１】
2018225661.tif 000003
【００２６】
各試験例の結果を表１と図２のグラフに示す。表１中の「比」は、シリコン酸化物層のエッチング速度に対するシリコン窒化物層のエッチング速度の比（［シリコン窒化物層のエッチング速度］／［シリコン酸化物層のエッチング速度］）である。表１と図２のグラフから分かるように、エッチングガス中のハロゲン化炭素化合物の種類が四フッ化炭素である場合は、シリコン酸化物層のエッチング速度に比べてシリコン窒化物層のエッチング速度が大きかった。これに対して、エッチングガス中のハロゲン化炭素化合物の種類がジブロモジフルオロメタンである場合は、シリコン酸化物層のエッチング速度とシリコン窒化物層のエッチング速度がほぼ同程度であった（表１の「比」の欄を参照）。【００２７】
エッチングガスとして四フッ化炭素とアルゴンと酸素ガスの混合ガスを用いることにより、シリコン窒化物層のエッチング速度を低下させることができる。しかしながら、積層されたシリコン酸化物層とシリコン窒化物層とを有する積層膜全体としてのエッチング速度が大きく低下してしまうという問題がある。さらに、酸素を混合すると、パターン基板のエッチングではフォトレジスト等のマスクがエッチングされやすくなってしまう。
ジブロモジフルオロメタンを用いると、積層膜全体としてのエッチング速度を低下させることなく、シリコン酸化物層のエッチング速度とシリコン窒化物層のエッチング速度をほぼ同程度に制御することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１      半導体基板
２      シリコン酸化物層
３      シリコン窒化物層
５      積層膜
７      マスク
９      貫通孔
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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