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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5767295
(24)【登録日】2015年6月26日
(45)【発行日】2015年8月19日
(54)【発明の名称】基板処理方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/336 20060101AFI20150730BHJP
H01L 29/788 20060101ALI20150730BHJP
H01L 29/792 20060101ALI20150730BHJP
H01L 21/8247 20060101ALI20150730BHJP
H01L 27/115 20060101ALI20150730BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 371
H01L27/10 434
【請求項の数】13
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2013-211925(P2013-211925)
(22)【出願日】2013年10月9日
(65)【公開番号】特開2014-82494(P2014-82494A)
(43)【公開日】2014年5月8日
【審査請求日】2013年10月9日
(31)【優先権主張番号】10-2012-0115428
(32)【優先日】2012年10月17日
(33)【優先権主張国】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】504388695
【氏名又は名称】ピーエスケー・インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】八田国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】キム，ボヤン フーン
【審査官】
鈴木 和樹
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２０１１／１１２８１２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１２−０８９８１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−１８２１９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−１５９８９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１３−５２２８８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／３３６
Ｈ０１Ｌ ２１／８２４７
Ｈ０１Ｌ ２７／１１５
Ｈ０１Ｌ ２９／７８８
Ｈ０１Ｌ ２９／７９２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に提供された半導体層と絶縁層との蝕刻段差を調節する方法において、
前記基板をヒーター上へローディングする段階と、
前記基板上に半導体層と絶縁層とを提供する段階と、
前記基板上に活性ガスを提供して前記半導体層の第１上部面にキャッピング絶縁層を形成する段階と、
前記基板上に蝕刻ガスを提供して前記絶縁層の第２上部面と前記キャッピング絶縁層とを蝕刻副産物で形成する段階と、
前記蝕刻副産物を除去して前記絶縁層と前記半導体層との前記蝕刻段差を調節する段階と、を含み、
前記蝕刻副産物で形成する段階は、前記絶縁層が前記蝕刻ガスに露出された時間と前記ヒーターが前記基板を加熱する温度とを調節することによって前記蝕刻段差を調節する、基板処理方法。
前記基板をヒーター上へローディングする段階と、
前記基板上に半導体層と絶縁層とを提供する段階と、
前記基板上に活性ガスを提供して前記半導体層の第１上部面にキャッピング絶縁層を形成する段階と、
前記基板上に蝕刻ガスを提供して前記絶縁層の第２上部面と前記キャッピング絶縁層とを蝕刻副産物で形成する段階と、
前記蝕刻副産物を除去して前記絶縁層と前記半導体層との前記蝕刻段差を調節する段階と、を含み、
前記蝕刻副産物で形成する段階は、前記絶縁層が前記蝕刻ガスに露出された時間と前記ヒーターが前記基板を加熱する温度とを調節することによって前記蝕刻段差を調節する、基板処理方法。
【請求項2】
前記半導体層はポリシリコンを含む請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項3】
前記絶縁層はシリコン酸化膜を含む請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項4】
前記キャッピング絶縁層はシリコン酸化膜を含む請求項２または請求項３に記載の基板処理方法。
【請求項5】
前記絶縁層はシリコン窒化膜を含む請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項6】
前記キャッピング絶縁層の形成段階は、酸素のリモートプラズマ処理工程を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項7】
前記蝕刻ガスはリモートプラズマ処理工程での三フッ化窒素を含む請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項8】
前記蝕刻副産物はアンモニア、フッ酸、又はシリコンを含む請求項７に記載の基板処理方法。
【請求項9】
前記蝕刻副産物の除去段階は熱処理工程を含む請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項10】
前記熱処理工程は１００℃以上で遂行される請求項９に記載の基板処理方法。
【請求項11】
前記活性ガスはオゾン又は酸素を含む請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項12】
前記蝕刻副産物の形成段階は反応ガスを提供することをさらに含む請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項13】
前記反応ガスは水素又は窒素を含む請求項１２に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体製造方法に関し、具体的に、半導体層と絶縁層とを除去する基板処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
メモリ素子又は表示素子は基板と前記基板上の半導体層とを包含することができる。半導体層は基板上で絶縁層と共に積層構造に配置され得る。絶縁層と半導体層とはフォトリソグラフィー工程及び蝕刻工程によってパターニングされ得る。蝕刻工程は乾式蝕刻方法又は湿式蝕刻方法を包含することができる。蝕刻工程は半導体層と絶縁層とに対する蝕刻選択比にしたがって遂行されている。蝕刻選択比は蝕刻ガス又は蝕刻液の固有の特性によって決定され得る。したがって、一般的な蝕刻工程は微細パターンのトリミング不良を引き起こす短所がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】韓国特許公開第１０−２０１３−００４７１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする技術的課題は、絶縁層と半導体層との蝕刻段差を容易に調節できる基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の実施形態による基板処理方法は、基板上に半導体層と絶縁層とを提供する段階と、前記基板上に活性ガスを提供して前記半導体層の第１上部面にキャッピング絶縁層を形成する段階と、前記基板上に蝕刻ガスを提供して前記絶縁層の第２上部面と前記キャッピング絶縁層とを蝕刻副産物で形成する段階と、前記蝕刻副産物を除去して前記絶縁層と前記半導体層との前記蝕刻段差を調節する段階と、を含み、前記蝕刻副産物で形成する段階は、前記絶縁層が前記蝕刻ガスに露出された時間と前記ヒーターが前記基板を加熱する温度とを調節することによって前記蝕刻段差を調節する。【0006】
本発明の一実施形態によれば、前記半導体層はポリシリコンを包含することができる。本発明の他の実施形態によれば、前記絶縁層はシリコン酸化膜を包含することができる。
本発明の一実施形態によれば、前記キャッピング絶縁層はシリコン酸化膜を包含することができる。
【0007】
本発明の他の実施形態によれば、前記絶縁層はシリコン窒化膜を包含することができる。
【0008】
本発明の一実施形態によれば、前記キャッピング絶縁層の形成段階は、酸素のリモートプラズマ処理工程を包含することができる。
【0009】
本発明の他の実施形態によれば、前記蝕刻ガスはリモートプラズマ処理工程での三フッ化窒素を包含することができる。
【0010】
本発明の一実施形態によれば、前記蝕刻副産物はアンモニア、フッ酸、又はシリコンを包含することができる。
【0011】
本発明の他の実施形態によれば、前記蝕刻副産物の除去段階は熱処理工程を包含することができる。
【0012】
本発明の一実施形態によれば、前記熱処理工程は１００℃以上で遂行できる。
【0013】
本発明の他の実施形態によれば、前記活性ガスは酸素を包含することができる。
【0014】
本発明の一実施形態によれば、前記蝕刻副産物の形成段階は反応ガスを提供することをさらに含むことができる。
【0015】
本発明の他の実施形態によれば、前記反応ガスは水素又は窒素を包含することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明の実施形態による基板処理方法は絶縁層と半導体層との表面酸化工程、蝕刻工程、及び熱処理工程を包含することができる。表面酸化工程は半導体層の第１上部表面にキャッピング絶縁層を形成する工程であり得る。蝕刻工程は前記キャッピング絶縁層と前記絶縁層とを蝕刻副産物で形成する工程であり得る。熱処理工程は蝕刻副産物を除去する工程であり得る。
【0017】
したがって、本発明の実施形態による基板処理方法は絶縁層と半導体層との蝕刻段差を容易に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の基板処理方法を説明するための基板処理装置を示す図面である。
【図2】本発明の実施形態による基板処理方法を示したフローチャートである。
【図7】本発明の基板処理方法が適用されたＮＡＮＤフラッシュメモリ製造方法を示す工程断面図である。
【図8】本発明の基板処理方法が適用されたＮＡＮＤフラッシュメモリ製造方法を示す工程断面図である。
【図9】本発明の基板処理方法が適用されたＮＡＮＤフラッシュメモリ製造方法を示す工程断面図である。
【図10】本発明の基板処理方法が適用されたＮＡＮＤフラッシュメモリ製造方法を示す工程断面図である。
【図11】本発明の基板処理方法が適用された立体的なメモリの製造方法を示す工程断面図である。
【図12】本発明の基板処理方法が適用された立体的なメモリの製造方法を示す工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明の実施形態は下記の技術分野で通常の知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記の実施形態は様々な他の形態に変形され得り、本発明の範囲が下記の実施形態に限定されるものではない。むしろ、これらの実施形態は本開示をさらに充実させ、完全にさせて、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。また、図面で各層の大きさは説明の便宜及び明確性のために誇張されることもあり得る。
【0020】
明細書の全体に掛けて領域、半径、距離等のような１つの構成要素が他の構成要素に“連続されて”、“連結されて”、又は“カップリングされて”位置すると言及する時は、前記１つの構成要素が直接的に他の構成要素に“連続されて”、“連結されて”、又は“カップリングされて”接触するか、或いはその間に介在されるその他の構成要素が存在できると解釈できる。一方、１つの構成要素が他の構成要素に“直接的に連続されて”、“直接連結されて”、又は“直接カップリングされて”位置すると言及する時は、その間に介在される他の構成要素が存在しないことと解釈される。同一の符号は同一の要素を称する。本明細書で使用されたように、用語“及び／又は”は該当列挙された項目の中でいずれか１つ及び１つ以上のすべての組合を含む。
【0021】
本明細書で第１、第２等の用語が多様な部材、部品、領域、面積を説明するために使用されるが、これらの部材、部品、領域、面積はこれらの用語によって限定されてはならないことは明確である。これらの用語は１つの部材、部品、領域、層又は部分を他の領域、層又は面積と区別するためのみに使用される。したがって、以下で説明する第１部材、部品、領域、面積は本発明の開示から逸脱しなくとも第２部材、部品、領域、面積を示すことができる。
【0022】
また、“隣”又は“隣接”のような相対的な用語は図面で図解されるように他の構成要素に対するいずれの要素の関係を記述するためにここで使用され得る。相対的用語は図面で描いている方向に追加して素子の他の方向を含むことを意図することと理解できる。たとえば、他の方向は、図面で描いている方向対して９０°の範囲内に入る方向であってもよい。本明細書に使用される相対的な説明はこれによって解釈できる。
【0023】
本明細書で使用された用語は特定実施形態を説明するために使用され、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使用されたように、単数形態は文脈の上に他の場合を明らかに示すものでなければ、複数の形態を包含することができる。また、本明細書で使用される場合、“含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）”及び／又は“包含する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”は言及された形状、数字、段階と、動作、部材、要素及び／又はこれらグループの存在を特定するものであり、１つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素及び／又はグループがの存在又は付加を排除するものではない。
【0024】
以下、本発明の実施形態は本発明の理想的な実施形態を概略的に図示する図面を参照して説明する。図面において、例えば、製造技術及び／又は公差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）にしたがって、図示された形状の変形が予想され得る。したがって、本発明の実施形態は本明細書に図示された領域の特定形状に制限されることとして解釈されてはならず、例えば製造上で招来される形状の変化を包含しなければならない。
【0025】
図１は本発明の基板処理方法を説明するための基板処理装置を示す図面である。
【0026】
図１を参照すれば、基板処理装置は、チャンバー１００、ガス供給部２００、及び制御部３００を包含することができる。
【0027】
チャンバー１００は外部から密閉された空間を提供する。真空ポンプ１４０はチャンバー１００の内部の空気をポンピングする。チャンバー１００はヒーター１１０、リフトピン１２０、及び隔壁（ｂａｆｆｌｅ、１３０）を包含することができる。ヒーター１１０は基板１１２を加熱することができる。基板１１２はリフトピン１２０によってヒーター１１０上に安着（ｌｏａｄｉｎｇ）され得る。リフトピン１２０はアンローディングの時に基板１１２をヒーター１１０から昇降させることができる。
【0028】
バッフル１３０はチャンバー１００を活性領域１３２と反応領域１３４とに分離できる。活性領域１３２は活性ガス、第１反応ガス、及び第２反応ガスが提供される領域である。活性領域１３２は上部領域１３１と下部領域１３３とに区分され得る。上部領域１３１はプラズマ発生領域である。活性ガス、第１反応ガス、及び第２反応ガスは高周波パワーによって上部領域１３１でプラズマ状態に励起されることができる。下部領域１３３は活性ガス、第１反応ガス、又は第２反応ガスの混合領域である。反応領域１３４は基板１１２の処理領域である。基板１１２は活性ガスと第１及び第２反応ガスによって、エッチング又は副産物が蒸着され得る。
【0029】
ガス供給部２００は活性ガス供給部２１０、反応ガス供給部２２０、蝕刻ガス供給部２３０を包含することができる。活性ガスは酸素Ｏ２を包含することができる。反応ガスは水素Ｈ２又はアンモニアＮＨ３を包含することができる。蝕刻ガスはフッ酸ＨＦ、三フッ化窒素ＮＦ３を包含することができる。ガス供給部２００で活性領域１３２に連結される配管にバルブ２４０が配置され得る。バルブ２４０は制御部３００の制御信号にしたがって、ガス供給部２００のガス供給を調節することができる。制御部３００は温度センサー（図示せず）の感知信号に応答してヒーター１１０の温度を制御することができる。
【0030】
このように構成された基板処理装置を利用する本発明の基板処理方法に対して説明する。
【0031】
図２は本発明の実施形態による基板処理方法を示したフローチャートである。
【0033】
図１乃至図３を参照すれば、基板１１２上に絶縁層１０と半導体層２０とを提供する（Ｓ１０）。絶縁層１０はシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を包含することができる。半導体層２０はポリシリコンを包含することができる。ポリシリコンは導電性不純物でドーピングされ得る。絶縁層１０及び半導体層２０はチャンバー１０内のヒーター１１０上へローディングされ得る。
【0034】
図１、図２、及び図４を参照すれば、基板１１２上に活性ガスを提供して半導体層２０の第１上部面にキャッピング絶縁層２２を形成する（Ｓ２０）。活性ガスは活性領域１３２の上部領域１３１へ供給され得る。例えば、酸素は上部領域１３１でプラズマ反応処理されて基板１１２上へ流動（ｆｌｏｗ）されることができる。プラズマ反応処理された酸素は絶縁層１０のシリコン酸化膜と反応されない。半導体層１３２のポリシリコンは酸素に選択的に反応され得る。キャッピング絶縁層２２は半導体層１３２の最外殻の第１上部面に形成され得る。キャッピング絶縁層２２の厚さは酸素に露出された時間と基板１１２の温度とに比例して増加され得る。
【0035】
図１、図２、及び図５を参照すれば、基板１１２上に蝕刻ガス及び反応ガスを提供して絶縁層１０の第２上部面と、キャッピング絶縁層２２を蝕刻副産物３０で形成する（Ｓ３０）。蝕刻ガスは三フッ化窒素であり得る。三フッ化窒素は上部領域１３１又は下部領域１３３へ提供され得る。反応ガスは上部領域１３１へ供給され得る。蝕刻ガスは絶縁層１０とキャッピング絶縁層２２と反応され得る。例えば、弗素はシリコン酸化膜内での活発に拡散されて反応され得る。反面、半導体層２０は蝕刻ガスから保護され得る。弗素はシリコン酸化膜よりポリシリコンで遅く反応され得る。したがって、絶縁層１０は蝕刻ガスから半導体層２０に比べて高い選択蝕刻比を有することができる。
【0036】
絶縁層１０とキャッピング絶縁層２２とは各々シリコン酸化膜であり得る。絶縁層１０は蝕刻ガスに露出された時間又は基板１１２の加熱温度にしたがって比例して増加される厚さの蝕刻副産物３０に変化され得る。蝕刻副産物３０はアンモニア、フッ酸、フッ化アンモニア、シリコン酸化物（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）を包含することができる。したがって、本発明の実施形態による基板処理方法は絶縁層１０と半導体層２０との蝕刻段差を容易に調節することができる。
【0037】
図１、図２、及び図６を参照すれば、基板１１２を加熱して蝕刻副産物３０を除去する（Ｓ４０）。ヒーター１１０は基板１１２を約１００℃程度に加熱することができる。蝕刻副産物３０はヒーター１１０の熱エネルギーによって気化され得る。気化された蝕刻副産物３０はフッ化シリコンアンモニウム（ＮＨ４）２ＳｉＦ６であり得る。
【0038】
したがって、本発明の実施形態による基板処理方法は絶縁層１０と半導体層２０との蝕刻段差を容易に調節することができる。
【0040】
図７を参照すれば、活性層２４と、前記活性層２４上の複数のゲートスタック４０と、前記複数のゲートスタック４０の間のギャップフィル（ｇａｐ ｆｉｌｌ）酸化膜５０を提供する。活性層２４は基板１１２に連結されたバルクシリコンを包含することができる。ギャップフィル酸化膜５０はシリコン酸化膜を包含することができる。ゲートスタック４０は活性層２４上のトンネル酸化膜１２と、フローティングゲート２６とを包含することができる。活性層２４はバルクシリコン、即ち単結晶シリコンを包含することができる。トンネル酸化膜１２はシリコン酸化膜を包含することができる。フローティングゲート２６はポリシリコンを包含することができる。
【0041】
図８を参照すれば、ギャップフィル酸化膜５０を一定の深さまで除去する。ギャップフィル酸化膜５０は蝕刻ガスによって、フローティングゲート２６に比べて高い蝕刻選択比に除去され得る。この時、基板１１２は酸素に露出されないこともあり得る。蝕刻ガスはフローティングゲート２６及びギャップフィル酸化膜５０の各々の上部面に蝕刻副産物３０を形成できる。
【0042】
図９及び図１０を参照すれば、ギャップフィル酸化膜５０とフローティングゲート２６とを等方的に除去する。ギャップフィル酸化膜５０とフローティングゲート２６とは単位工程での蝕刻選択比が減少され得る。単位工程は表面酸化工程（Ｓ２０）、蝕刻工程（Ｓ３０）、及び熱処理工程（Ｓ４０）を包含することができる。単位工程は反復的に遂行できる。フローティングゲート２６は微細な線幅にトリミング（ｔｒｉｍｍｉｎｇ）され得る。
【0043】
したがって、本発明の第１応用例にしたがう基板処理方法は蝕刻選択比の調節を利用してフローティングゲート２６を微細線幅にトリミングすることができる。
【0045】
図１１を参照すれば、積層構造の絶縁層１０と半導体層２０を提供する。絶縁層１０はシリコン窒化膜を包含することができる。半導体層２０はポリシリコンを包含することができる。
【0046】
図１２を参照すれば、絶縁層１０に比べて半導体層２０を選択的に除去する。半導体層２０は単位工程によって除去され得る。上述したように、単位工程は表面酸化工程（Ｓ２０）、蝕刻工程（Ｓ３０）、熱処理工程（Ｓ４０）を包含することができる。半導体層２０は表面酸化工程（Ｓ２０）でシリコン酸化膜により形成され得る。シリコン酸化膜は蝕刻工程（Ｓ３０）で反応されて蝕刻副産物（図５の３０）で形成され得る。絶縁層１０は蝕刻ガスと反応されないことがあり得る。蝕刻副産物３０は熱処理工程（Ｓ４０）で除去され得る。半導体層２０は絶縁層に比べて選択的に微細に除去され得る。
【0047】
したがって、本発明の応用例にしたがう立体的なメモリの製造方法は絶縁層１０と半導体層２０との間に水平方向の蝕刻段差を調節することができる。
【0048】
以上で説明した本発明が前述した実施形態及び添付された図面に限定されなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明白である。
【符号の説明】
【0049】
１０ 絶縁層、２０ 半導体層、
２２ キャッピング絶縁層、
２４ 活性層、
２６ フローティングゲート、
３０ 蝕刻副産物、
４０ ゲートスタック、
５０ ギャップフィル絶縁膜、
１００ チャンバー、
１１０ ヒーター、
１１２ 基板、
１３０ バッフル、
１３１ 上部領域、
１３２ 活性領域、
１３３ 下部領域、
１４０ ポンプ、
２００ ガス供給部、
３００ 制御部。