包含具有不饱和键的含硫碳氟化合物的干蚀刻气体组合物和使用其的干蚀刻方法

摘要

提供：包含含硫不饱和化合物的、对硅系膜的层叠结构体的蚀刻用途有用的新型蚀刻气体组合物。一种干蚀刻气体组合物，其包含用通式(1)：CxFySz(式中，x、y和z为2≤x≤5、y≤2x、1≤z≤2)表示的、具有不饱和键的含硫碳氟化合物。

说明书

技术领域

本发明涉及包含含硫碳氟化合物的干蚀刻气体组合物和使用其的干蚀刻方法。

背景技术

随着半导体装置的微细化、3D化，对蚀刻工序的要求逐年变严格。特别是，以存储器用途为代表的SiO

对于包含具有不饱和键的含硫碳氟化合物的干蚀刻气体组合物，专利文献1中记载了使用含硫不饱和化合物(全氟硫化丙烯(C

现有技术文献

专利文献

专利文献1：韩国专利10-0574923号(韩国申请公开10-2001-0010568号)

专利文献2：国际公开2015/0365381号

发明内容

因此，本发明的课题在于，提供：包含含硫不饱和化合物的、对硅系膜的层叠结构体的蚀刻用途有用的新型蚀刻气体组合物。

根据本发明，提供以下的方案。

[1]

一种干蚀刻气体组合物，其包含用通式(1)：CxFySz(式中，x、y和z为2≤x≤5、y≤2x、1≤z≤2)表示的、具有不饱和键的含硫碳氟化合物。

[2]

根据[1]所述的干蚀刻气体组合物，其中，前述含硫碳氟化合物为选自2,2,3,4,5,5-六氟-2,5-二氢噻吩(C

[3]

根据[1]或[2]所述的干蚀刻气体组合物，其中，以1～100vol％的量包含含硫碳氟化合物。

[4]

根据[1]～[3]中任一项所述的干蚀刻气体组合物，其中，除前述含硫碳氟化合物之外，还包含选自由O

[5]

根据[1]～[4]中任一项所述的干蚀刻气体组合物，其中，除前述含硫碳氟化合物之外，还包含选自由N

[6]

一种干蚀刻方法，其具备如下工序：使用[1]～[5]中任一项所述的干蚀刻气体组合物进行等离子体蚀刻，对包含硅的沉积物或膜进行蚀刻。

[7]

根据[6]所述的干蚀刻方法，其中，前述包含硅的沉积物或膜为包含氧和/或氮的沉积物或膜。

[8]

根据[6]或[7]所述的干蚀刻方法，其具备如下工序：针对掩模材料，对前述包含硅的沉积物或膜选择性地进行蚀刻。

[9]

一种干蚀刻方法，其包括如下工序：使用[1]～[5]中任一项所述的干蚀刻气体组合物，对(a1)包含碳的硅系膜、(a2)单晶硅膜、(a3)非晶硅膜、(a4)多晶硅膜(polysiliconfilm)、(a5)硅氧氮膜、(a6)非晶碳膜和/或(a7)光致抗蚀膜、与(b1)硅氧化膜和/或(b2)硅氮化膜的层叠结构体进行等离子体蚀刻，从而对前述层叠结构体中的(b1)硅氧化膜和/或(b2)硅氮化膜选择性地进行蚀刻。

[10]

根据[9]所述的干蚀刻方法，其中，前述层叠结构体包含(b1)硅氧化膜和(b2)硅氮化膜，相对于(b2)硅氮化膜，选择性地进行(b1)硅氧化膜的蚀刻。

[11]

一种干蚀刻方法，其包括如下工序：使用[1]～[5]中任一项所述的干蚀刻气体组合物，对(a1)包含碳的硅系膜、(a2)单晶硅膜、(a3)非晶硅膜、(a4)硅氮化膜、(a5)硅氧氮膜、(a6)非晶碳膜和/或(a7)光致抗蚀膜、与(b1)硅氧化膜和/或(b2)多晶硅膜(polysilicon film)的层叠结构体进行等离子体蚀刻，从而对前述层叠结构体中的(b1)硅氧化膜和/或(b2)多晶硅膜(polysilicon film)选择性地进行蚀刻。

[12]

根据[6]～[11]中任一项所述的干蚀刻方法，其中，以生成包含S的离子或活性种的方式将[1]～[5]中任一项所述的蚀刻气体组合物等离子体化，并进行蚀刻。

[13]

根据[6]～[11]中任一项所述的干蚀刻方法，其中，在能对(b1)硅氧化膜和(b2)硅氮化膜同时进行蚀刻的等离子体条件下，进行利用[1]～[5]中任一项所述的干蚀刻气体组合物的蚀刻。

根据本发明，提供包含氧化硅和氮化硅的材料与非晶碳层(ACL)的蚀刻去除的比率高的蚀刻气体组合物。因此，通过使用本发明的蚀刻气体组合物，由此提供以非晶碳层为掩模对包含氧化硅和氮化硅的材料准确地进行蚀刻的方法。

附图说明

图1为示出蚀刻试验(1)的结果的图。

图2为以ACL的蚀刻速率为基准以棒状图的形式示出蚀刻试验(1)的结果的图。

图3为示出沉积膜评价试验的结果的图。

图4为示出沉积膜评价试验中形成的沉积膜的组成的图。

图5为示出蚀刻试验(2)的结果的图。

图6为以ACL的蚀刻速率为基准以棒状图的形式示出蚀刻试验(2)的结果的图。

具体实施方式

以下，对本发明中的干蚀刻气体组合物和使用其的干蚀刻方法详细进行说明。本发明的范围在不受以下说明的范围约束的情况下，在不有损本发明的主旨的范围内可以进行变更。

本发明的干蚀刻气体组合物中包括：包含下述通式(1)所示的具有不饱和键的含硫碳氟化合物的混合气体、或单独气体。

通式(1)：CxFySz

(式中，x、y和z为2≤x≤5、y≤2x、1≤z≤2)

通式(1)中，从干蚀刻气体的操作容易性的观点出发，优选使用满足x＝2～4、y＝4～8、z＝1者。作为适合的化合物，例如可以举出：

2,2,3,4,5,5-六氟-2,5-二氢噻吩(C

三氟乙烯基三氟甲基硫醚(C

1,1,2,3,4,5-六氟-1,1-二氢噻吩(C

2,3-双(三氟甲基)噻丙烯(C

3,3,3-三氟-2-(三氟甲基)-1-丙烯-1-氯化亚砜(C

2,2,3,3,4,5-六氟-2,3-二氢噻吩(C

2,2,3,4,4-五氟-3-丁烯亚硫酰氟(C

2,2,3,3,3-五氟-丙烷亚硫酰氟(C

1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙硫酮(C

1,3,3,3-四氟-2-(三氟甲基)-1-丙烯-1-磺酰氟(C

1,1,1,3,3,4,4,4-八氟-2-丁硫酮(C

2,3,4,5-四氟噻吩(C

本发明的干蚀刻气体组合物中，优选使用通式(1)所示的含硫碳氟化合物的纯度为95.0vol％～100.0vol％者。更优选使用纯度为99vol％以上者，进一步优选使用99.9vol％以上者。作为所含的杂质成分，可以举出N

本发明的干蚀刻气体组合物中，将通式(1)所示的含硫碳氟化合物与此外的氟碳(FC)气体、氢氟烃(HFC)气体混合而使用，从而跟不与通式(1)所示的化合物混合的情况相比，可以进一步提高蚀刻对象材料对非蚀刻对象材料的选择比。另外，对由非蚀刻对象材料图案化的结构进行蚀刻的情况下，垂直加工精度也改善。

上述的由非蚀刻对象材料图案化的结构中，蚀刻对象材料为SiO

由非蚀刻对象材料图案化的结构中，蚀刻对象材料为SiN等包含氮的Si系材料的情况下，将通式(1)所示的气体化合物与CHF

本发明的干蚀刻气体组合物中，对于包含通式(1)所示的化合物的组合物，添加选自由O

本发明的干蚀刻气体组合物中，可以对于包含通式(1)所示的化合物的组合物，添加选自由N

作为本发明的方法中使用的蚀刻气体组合物的例子，可以举出以下的组合物。

(a)通式(1)所示的化合物可以以纯度90vol％以上实施，优选以纯度99vol％以上实施，特别优选以纯度99.999vol％以上实施。

(b)蚀刻中使用的干蚀刻组合物中，通式(1)所示的化合物优选为1～100vol％。

(c)蚀刻中使用的干蚀刻组合物中，除通式(1)所示的化合物以外，优选还包含选自由O

(d)蚀刻中使用的干蚀刻组合物中，优选包含通式(1)所示的化合物、且包含上述包含氧原子的化合物组中的至少一者和/或选自由稀有气体或N

本发明的干蚀刻中使用的干蚀刻装置可以没有特别限制地利用该技术领域中使用的装置。例如可以使用螺旋波方式、高频感应方式、平行平板型方式、磁控方式和微波方式等的装置等。

本发明的干蚀刻方法进行微细的Si系材料的图案晶圆的垂直加工，因此，蚀刻装置必须具备适于离子辅助蚀刻的、能重现低气体压力条件的真空容器的装置。在低压力条件下，等离子体中的颗粒的直进性提高，对基板照射的离子也到达基板而不妨碍其他颗粒，因此，对基板垂直入射的离子增加，有利于垂直加工。本发明的干蚀刻方法中，蚀刻时的真空容器内的压力优选被调节为100Torr～0.1mTorr，进一步优选被调节为100mTorr～0.1mTorr。

本发明的干蚀刻方法中，优选将通式(1)所示的化合物作为气体导入至蚀刻装置的真空容器。因此，本发明的干蚀刻方法中使用的蚀刻装置优选具备将通式(1)所示的化合物作为气体导入、进一步用于调节其导入量的机构。另外，对于该机构，本发明的等离子体蚀刻方法除通式(1)所示的气体化合物以外，根据目的还使用多种前述其他气体化合物、例如O

实施例

本实施例(蚀刻试验(1)和(2)、沉积膜评价试验)中，作为等离子体蚀刻装置，使用SAMCO公司制平行平板型的电容耦合等离子体蚀刻装置。沉积膜的组成由SEM-EDX(扫描型电子显微镜/能量色散型X射线分光法)确定。

作为硅氧化膜(SiOm)(m表示自然数)，使用通过等离子体CVD在硅晶圆上沉积SiO

气体的流量用将温度(0℃)、压力(1atm)作为标准状态的sccm(standard CC/分钟)表现。

蚀刻时的样品膜厚用光干涉式膜厚测定器测定。蚀刻条件示于下述表1和表3。气体的蚀刻速率用以下的式子算出。

A/B选择比用以下的式子算出。

A/B选择比＝A膜的蚀刻速率(nm/分钟)÷B膜的蚀刻速率(nm/分钟)

沉积膜(以下，称为“deposit film”)的形成在裸硅晶圆上进行。沉积膜的膜厚用扫描型电子显微镜测定。沉积膜形成和溅射的条件示于下述表2。

沉积膜形成速度和溅射速度用以下的式子算出。

[蚀刻试验(1)]

使用在硅晶圆上分别沉积有SiO

[表1]

表1.蚀刻试验条件(装置:SAMCO RIE-10NR)

将试验结果示于图1。Ar总是以40sccm(50％)流动，改变蚀刻气体的量和氧气(O

ACL由碳构成，因此，实施例和比较例中，随着O

对于实施例和比较例中得到的结果，以ACL的蚀刻速率为基准，对SiO

由以上的结果可知，在使用包含硫的蚀刻气体的本发明的实施例与使用不含硫的蚀刻气体的比较例之间，蚀刻的行为有显著的差异。可知，通过利用本发明的新型蚀刻行为，从而可以进行高速蚀刻与对掩模材料高选择性的兼顾。本实施例与比较例有显著性差异，相对于ACL，可以对SiO

[沉积膜评价试验]

用蚀刻气体对对象进行蚀刻、与蚀刻气体的分解物沉积处于竞争关系，蚀刻时，另一者形成这种沉积物。作为比较例，使用不含硫的全氟环丁烯(1,2,3,3,4,4-六氟-1-环丁烯(C

[表2]

表2.沉积膜评价试验条件(装置:SAMCO RIE-200NL)

将沉积膜评价试验的结果示于图3和图4。可知，关于沉积速率和溅射速率，本发明的实施例均低于比较例，但对于溅射速率(SR)与沉积速率(DR)之比(SR/DR)，本发明的实施例低，因此，本发明的实施例容易沉积，不易溅射。认为，这种本发明的特征是由于，图4所示的沉积膜的组成中检测到硫，因此，源自含硫膜。由该试验结果可知，本发明的蚀刻气体对SiO

[蚀刻试验(2)]

使用在硅晶圆上分别沉积有SiO

[表3]

表3.蚀刻试验条件(2)(装置:SAMCO RIE-10NR)

将试验结果示于图5。Ar总是以50sccm的量流动，蚀刻气体总是以20sccm的量流动，改变氧气(O

实施例的蚀刻气体(C

对于实施例和比较例中得到的结果，以ACL的蚀刻速率为基准评价SiO

由以上的结果可知，蚀刻试验(2)中，也与蚀刻试验(1)同样地，在使用包含硫的蚀刻气体的本发明的实施例、与使用不含硫的蚀刻气体的比较例之间，蚀刻的行为有显著的差异。即，可知，通过利用本发明的新型蚀刻行为，从而可以进行高速蚀刻与对掩模材料高选择性的兼顾。本实施例与比较例相比，具有显著性差异，可以相对于ACL对SiO