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特許7545185高度に選択的な酸化ケイ素／窒化ケイ素エッチングのためのエッチング成分及び不動態化ガス成分の独立した制御
(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】
(24)【登録日】2024-08-27
(45)【発行日】2024-09-04
(54)【発明の名称】高度に選択的な酸化ケイ素／窒化ケイ素エッチングのためのエッチング成分及び不動態化ガス成分の独立した制御
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20240828BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 301
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2021559229
(86)(22)【出願日】2020-03-24
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-06-02
(86)【国際出願番号】 US2020024446
(87)【国際公開番号】W WO2020205335
(87)【国際公開日】2020-10-08
【審査請求日】2023-01-12
(31)【優先権主張番号】62/830,223
(32)【優先日】2019-04-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004381
【氏名又は名称】弁理士法人ＩＴＯＨ
(72)【発明者】
【氏名】チャン，ドゥ
(72)【発明者】
【氏名】ツァイ，ユ－ハオ
(72)【発明者】
【氏名】ワン，ミンメイ
【審査官】原島 啓一
(56)【参考文献】
【文献】特開平０９－０８２６８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－２０８４８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１５４０４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１０６３０８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｌ ２１／３０２
Ｈ０１Ｌ ２１／４６１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ処理方法であって、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜を含有する基板を提供する工程であって、前記酸化ケイ素膜および前記窒化ケイ素膜は、いずれも被覆されていない、工程と、
ａ１）炭素、硫黄又は炭素及び硫黄の両方を含有するプラズマ励起不動態化ガスに前記基板を曝露する工程であって、前記不動態化ガスは、フッ素又は水素を含有しない、工程、及び
ｂ１）フッ素含有ガスを含有するプラズマ励起エッチングガスに前記基板を曝露する工程
により、前記窒化ケイ素膜に対して前記酸化ケイ素膜を選択的にエッチングする工程と、
を有し、
前記工程ａ１）は、前記窒化ケイ素膜上に、前記酸化ケイ素膜上よりも厚い不動態化層を形成する、プラズマ処理方法。
【請求項2】
前記曝露する工程ａ１）及びｂ１）は、交互に且つ連続的に実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
さらに、前記曝露する工程ａ１）及びｂ１）を少なくとも１回繰り返して、前記酸化ケイ素膜をさらに選択的にエッチングする工程を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記プラズマ励起エッチングガスは、Ｆ２、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＨＦ、ＮＦ３又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記プラズマ励起エッチングガスは、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスを含有しない、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記プラズマ励起不動態化ガスは、ＣＯ、ＣＯＳ、ＣＳ２、ＣＣｌ４、Ｃ２Ｃｌ４、ＣＣｌ２Ｂｒ２、ＳＣｌ２、Ｓ２Ｃｌ２又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記酸化ケイ素膜は、ＳｉＯ２を含み、及び前記窒化ケイ素膜は、Ｓｉ３Ｎ４を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
さらに、ａ２）フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、ハイドロクロロカーボンガス、ハイドロクロロフルオロカーボンガス、ハイドロカーボンガス又はこれらの組み合わせを含有する、プラズマ励起された追加的な不動態化ガスに、前記基板を曝露する工程
を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記プラズマ励起された追加的な不動態化ガスは、ＣＦ２Ｃｌ２、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ４、ＣＨ３Ｆ、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｈ６、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ２ＣｌＦ、ＣＨＣｌ２Ｆ又はこれらの組み合わせを含有する、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記曝露する工程ａ１）、ａ２）及びｂ１）は、ａ１）、続いてａ２）、続いてｂ１）の順に、交互に連続的に実施される、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
さらに、前記曝露する工程ａ１）、ａ２）及びｂ１）を少なくとも１回交互に連続的に繰り返して、前記酸化ケイ素膜をさらに選択的にエッチングする工程
を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項12】
前記曝露する工程ａ１）及びａ２）は、時間において少なくとも部分的に重複する、請求項８に記載の方法。
【請求項13】
プラズマ処理方法であって、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜を含有する基板を提供する工程と、
ａ１）プラズマ励起不動態化ガスに前記基板を曝露する工程であって、前記プラズマ励起不動態化ガスは、ＣＯ、ＣＯＳ、ＣＳ２、ＣＣｌ４、Ｃ２Ｃｌ４、ＣＣｌ２Ｂｒ２、ＳＣｌ２、Ｓ２Ｃｌ２又はこれらの組み合わせを含み、前記不動態化ガスは、フッ素又は水素を含有しない、工程、及び
ｂ１）Ｆ２、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＨＦ、ＮＦ３又はこれらの組み合わせを含有するプラズマ励起エッチングガスに、前記基板を曝露する工程
により、前記窒化ケイ素膜に対して前記酸化ケイ素膜を選択的にエッチングする工程と、
を有する、プラズマ処理方法。
【請求項14】
前記プラズマ励起エッチングガスは、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスを含有しない、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
プラズマ処理方法であって、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜を含有する基板を提供する工程と、
ａ１）プラズマ励起不動態化ガスに前記基板を曝露する工程であって、前記プラズマ励起不動態化ガスは、ＣＯ、ＣＯＳ、ＣＳ２、ＣＣｌ４、Ｃ２Ｃｌ４、ＣＣｌ２Ｂｒ２、ＳＣｌ２若しくはＳ２Ｃｌ２又はこれらの組み合わせを含み、前記不動態化ガスは、フッ素又は水素を含有しない、工程、
ａ２）フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、ハイドロクロロカーボンガス、ハイドロクロロフルオロカーボンガス、ハイドロカーボンガス又はこれらの組み合わせを含有する、プラズマ励起された追加的な不動態化ガスに、前記基板を曝露する工程、及び
ｂ１）Ｆ２、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＨＦ、ＮＦ３又はこれらの組み合わせを含有するプラズマ励起エッチングガスに、前記基板を曝露する工程
により、前記窒化ケイ素膜に対して前記酸化ケイ素膜を選択的にエッチングする工程と、
を有する、プラズマ処理方法。
【請求項16】
前記プラズマ励起された追加的な不動態化ガスは、ＣＦ２Ｃｌ２、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ４、ＣＨ３Ｆ、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｈ６、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ２ＣｌＦ、ＣＨＣｌ２Ｆ又はこれらの組み合わせを含有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記プラズマ励起エッチングガスは、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスを含有しない、請求項１５に記載の方法。
【請求項18】
前記暴露する工程ａ１）、ａ２）、およびｂ１）は、ａ１）、続いてａ２）、続いてｂ１）の順に、交互に連続的に実施される、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年４月５日に出願された米国仮特許出願第６２／８３０，２２３号明細書に関連し、且つそれに対する優先権を主張するものであり、その内容全体が参照により本明細書に援用される。
本出願は、２０１９年４月５日に出願された米国仮特許出願第６２／８３０，２２３号明細書に関連し、且つそれに対する優先権を主張するものであり、その内容全体が参照により本明細書に援用される。
【0002】
本発明は、半導体製造及び半導体デバイスの分野に関連し、より具体的には、半導体製造における窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の選択的プラズマエッチングの方法に関する。
【背景技術】
【0003】
ある材料を他の材料に対して選択的にドライエッチングで除去する必要があるため、次世代の半導体技術開発は、大きい課題を呈する。窒化ケイ素に対する選択的酸化ケイ素エッチングは、多くの用途を有し、フルオロカーボン（ＦＣ）又はハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）を含有するプラズマを使用する場合、高いエッチング選択性のために優先的不動態化（主に炭素系）が広く検討されている。しかしながら、多くの従来のエッチング方法には、プラズマ励起処理ガス中のエッチング成分（例えば、フッ素又は水素）対不動態化成分（例えば、炭素）の別個の制御の欠如を含む制限がある。例えば、Ｃ４Ｆ６／Ｃ４Ｆ８ガスを含有するエッチングガスは、不動態化に寄与し、Ｈ２／ＣＨ２Ｆ２／ＣＨ３Ｆ／ＣＨ４ガスを含有する不動態化ガスもエッチングに寄与する。更に、多くのエッチング方法は、１つのみのＦＣ又はＨＦＣガスを使用するため、高度な半導体デバイスにおいて窒化ケイに対して酸化ケイ素を選択的にエッチングするには不十分な柔軟性を提供する。エッチング成分と不動態化成分とを完全に分離する試みは、完全に独立した制御を提供していない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
半導体製造における窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の選択的プラズマエッチングの方法がいくつかの実施形態で開示される。
【0005】
一実施形態によれば、プラズマ処理方法は、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜を含有する基板を提供する工程とａ１）基板を、炭素、硫黄又は炭素及び硫黄の両方を含有するプラズマ励起不動態化ガスに曝露する工程であって、不動態化ガスは、フッ素又は水素を含有しない、工程、及びｂ１）基板を、フッ素含有ガスを含有するプラズマ励起エッチングガスに曝露する工程により、窒化ケイ素膜に対して酸化ケイ素膜を選択的にエッチングする工程とを含む。
【0006】
一実施形態によれば、プラズマ処理方法は、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜を含有する基板を提供する工程と、ａ１）基板をプラズマ励起不動態化ガスに曝露する工程であって、プラズマ励起不動態化ガスは、ＣＯ、ＣＯＳ、ＣＳ２、ＣＣｌ４、Ｃ２Ｃｌ４、ＣＣｌ２Ｂｒ２、ＳＣｌ２、Ｓ２Ｃｌ２又はこれらの組み合わせを含み、不動態化ガスは、フッ素又は水素を含有しない、工程、及びｂ１）基板を、Ｆ２、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＨＦ若しくはＮＦ３又はこれらの組み合わせを含有するプラズマ励起エッチングガスに曝露する工程により、窒化ケイ素膜に対して酸化ケイ素膜を選択的にエッチングする工程とを含む。
【0007】
一実施形態によれば、プラズマ処理方法は、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜を含有する基板を提供する工程と、ａ１）基板をプラズマ励起不動態化ガスに曝露する工程であって、プラズマ励起不動態化ガスは、ＣＯ、ＣＯＳ、ＣＳ２、ＣＣｌ４、Ｃ２Ｃｌ４、ＣＣｌ２Ｂｒ２、ＳＣｌ２若しくはＳ２Ｃｌ２又はこれらの組み合わせを含み、不動態化ガスは、フッ素又は水素を含有しない、工程、ａ２）基板を、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、ハイドロクロロカーボンガス、ハイドロクロロフルオロカーボンガス、ハイドロカーボンガス又はこれらの組み合わせを含有する、プラズマ励起された追加的な不動態化ガスに曝露する工程、及びｂ１）基板を、Ｆ２、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＨＦ、ＮＦ３又はこれらの組み合わせを含有する、プラズマ励起エッチングガスに曝露する工程により、窒化ケイ素膜に対して酸化ケイ素膜を選択的にエッチングする工程とを含む。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングのプロセスの流れ図である。
【図2A】本発明の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図2B】本発明の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図2C】本発明の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図2D】本発明の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図2E】本発明の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図2F】本発明の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図3】本発明の別の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングのプロセスの流れ図である。
【図4A】本発明の別の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図4B】本発明の別の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図4C】本発明の別の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図4D】本発明の別の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図4E】本発明の別の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図4F】本発明の別の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図4G】本発明の別の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【図4H】本発明の別の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0009】
窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の選択的プラズマエッチングの方法が記載される。この方法は、高度に選択的な酸化ケイ素／窒化ケイ素エッチングのためのエッチング成分及び不動態化ガス成分の独立した制御を利用する。
【0010】
本発明の実施形態に記載される、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の本発明の選択的プラズマエッチングは、フルオロカーボン（ＦＣ）ガス又はハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）ガスを含有するプラズマによる従来の酸化ケイ素又は窒化ケイ素エッチングプロセスと基本的に異なる。本発明のプロセスでは、不動態化ガスは、エッチングに寄与するフッ素又は水素種を含有しないが、不動態化ガスは、酸化ケイ素対窒化ケイ素で十分な揮発性差を示す不動態化成分（炭素、硫黄又は炭素及び硫黄の両方）を含む。酸化ケイ素表面の不動態化成分の揮発性がより高いのは、窒化ケイ素表面の炭素副生成物の「開放殻」の性質（不対電子）と比較して、酸化ケイ素表面の炭素副生成物の「閉鎖殻」の性質（不対電子がない）によるものと考えられる。更に、硫黄含有エッチング副生成物は、酸化ケイ素表面では揮発性であるが、窒化ケイ素表面ではポリマーとして揮発性ではないと考えられる。
【0011】
エッチング成分は、フッ素含有ガスを使用して提供される。一実施形態によれば、フッ素含有ガスは、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスを含有しない。不動態化成分とエッチング成分とのこの完全な分離は、処理ウィンドウ及び酸化ケイ素と窒化ケイ素との間のエッチング選択性を大幅に向上させる。
【0012】
図１は、本発明の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングのプロセスの流れ図であり、図２Ａ～２Ｆは、本発明の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【0013】
ここで、図１及び図２Ａを参照すると、プラズマ処理方法１０は、１２において、酸化ケイ素膜２００（例えば、ＳｉＯ２）及び窒化ケイ素膜２２０（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）を含有する基板２を提供する工程を含む。図２Ａに示される例では、酸化ケイ素膜２００及び窒化ケイ素膜２２０は、同じ水平面内にあるが、本発明の実施形態は、同じ水平面内になく、垂直にオフセットされている膜にも適用され得る。Ｓｉ３Ｎ４は、窒化ケイ素の中で最も熱力学的に安定であり、従って窒化ケイ素の中で最も商業的に重要である。しかしながら、本発明の実施形態は、主成分としてＳｉ及びＮを含有する他の窒化ケイ素に適用されてもよく、窒化ケイ素は、広い範囲のＳｉ及びＮの組成を有することができる。同様に、ＳｉＯ２は、酸化ケイ素の中で最も熱力学的に安定であり、従って酸化ケイ素の中で最も商業的に重要である。しかしながら、本発明の実施形態は、主成分としてＳｉ及びＯを含有する他の酸化ケイ素に適用されてもよく、酸化ケイ素は、広い範囲のＳｉ及びＯの組成を有することができる。
【0014】
この方法は、さらに、１４において、炭素、硫黄又は炭素及び硫黄の両方を含有するプラズマ励起不動態化ガス２０１に、基板２を曝露する工程を含み、プラズマ励起不動態化ガス２０１は、フッ素又は水素を含有しない。これは、図２Ｂに概略的に示されている。一例では、プラズマ励起不動態化ガス２０１ガスは、ＣＯ、ＣＯＳ、ＣＳ２、ＣＣｌ４、Ｃ２Ｃｌ４、ＣＣｌ２Ｂｒ２、ＳＣｌ２若しくはＳ２Ｃｌ２又はこれらの組み合わせを含むことができる。プラズマ励起不動態化ガス２０１に対する曝露により、図２Ｃに示されるように、基板２上に不動態化層２２２が形成される。不動態化層２２２は、窒化ケイ素膜２２０上では、酸化ケイ素膜２００上よりも厚くなる。プラズマ励起不動態化ガス２０１の副生成物の揮発性は、窒化ケイ素膜２２０上よりも酸化ケイ素膜２００上の方でより高いためである。
【0015】
この方法は、１６において、フッ素含有ガスを含有するプラズマ励起エッチングガス２０３に基板を曝露する工程を更に含む。これは、図２Ｄに概略的に示されている。一例では、プラズマ励起エッチングガス２０３は、Ｆ２、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＨＦ、ＮＦ３又はこれらの組み合わせを含む。プラズマ励起エッチングガスは、任意選択で、Ａｒ、Ｈｅ又はこれらの組み合わせを更に含むことができる。一実施形態によれば、フッ素含有ガスは、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスを含有しない。プラズマ励起エッチングガス２０３への曝露は、酸化ケイ素膜２００上よりも窒化ケイ素膜２２０上で不動態化層２２２がより厚いため、窒化ケイ素膜２２０に対して酸化ケイ素膜２００を選択的にエッチングする。選択的エッチングが図２Ｅに概略的に示されており、ここで、不動態化層２２２が酸化ケイ素膜２００から除去され、酸化ケイ素膜２００がエッチングされる一方、窒化ケイ素膜２２０上の不動態化層２２２が薄くされるが、窒化ケイ素膜２２０をエッチングから保護する。
【0016】
一実施形態では、曝露する工程１４及び１６は、交互に且つ連続的に実施されてもよい。更に、プロセスの矢印１８によって示されるように、曝露する工程１４及び１６は、少なくとも１回繰り返され、酸化ケイ素膜２００がさらに選択的にエッチングされてもよい。一実施形態では、曝露する工程１４及び１６は、時間において少なくとも部分的に重複してもよい。
【0017】
この方法は、エッチングプロセスに続くアッシングプロセスを使用して、基板２から不動態化層２２２を除去する工程を更に含むことができる。これは、図２Ｆに概略的に示されている。
【0018】
図３は、本発明の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングのプロセスの流れ図であり、図４Ａ～４Ｈは、本発明の別の実施形態による、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の選択的プラズマエッチングの方法を、断面図を通して概略的に示す。
【0019】
ここで、図３及び図４Ａを参照すると、プラズマ処理方法３０は、３２において、酸化ケイ素膜４００及び窒化ケイ素膜４２０を含有する基板４を提供する工程を含む。図４Ａに示される例では、酸化ケイ素膜４００及びＳｉ３Ｎ４膜４２０は、同じ水平面にあるが、本発明の実施形態は、同じ水平面にないが、垂直方向にオフセットされている膜にも適用され得る。
【0020】
この方法は、３４において、基板４を、炭素、硫黄又は炭素及び硫黄の両方を含有するプラズマ励起不動態化ガス４０１に曝露する工程を更に含み、ここで、プラズマ励起不動態化ガスは、フッ素又は水素を含有しない。これは、図４Ｂに概略的に示されている。一例では、プラズマ励起不動態化ガス４０１は、ＣＯ、ＣＯＳ、ＣＳ２、ＣＣｌ４、Ｃ２Ｃｌ４、ＣＣｌ２Ｂｒ２、ＳＣｌ２、Ｓ２Ｃｌ２又はこれらの組み合わせを含むことができる。プラズマ励起不動態化ガス４０１への曝露は、図４Ｃに示されるように、基板４上に不動態化層４２２を形成する。不動態化層４２２は、窒化ケイ素膜４２０上よりも酸化ケイ素膜４００上のプラズマ励起不動態化ガス４０１の副生成物の揮発性が高いため、酸化ケイ素膜４００上よりも窒化ケイ素膜４２０上でより厚い。
【0021】
この方法は、３６において、基板４を、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、ハイドロクロロカーボンガス、ハイドロクロロフルオロカーボンガス、ハイドロカーボンガス又はこれらの組み合わせを含有する、プラズマ励起された追加的な不動態化ガス４２３に曝露する工程を更に含む。一例では、プラズマ励起された追加的な不動態化ガスは、ＣＦ２Ｃｌ２、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ４、ＣＨ３Ｆ、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｈ６、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ２ＣｌＦ、ＣＨＣｌ２Ｆ又はこれらの組み合わせを含有することができる。プラズマ励起された追加的な不動態化ガス４２３への曝露は、図４Ｅに示されるように、基板４上に強化された不動態化層４２４を形成する。プラズマ励起された追加的な不動態化ガス４２３への曝露は、不動態化層４２２が、プラズマ曝露中、下にある窒化ケイ素膜４２０を保護するため、下にある窒化ケイ素膜４２０に損傷を与えることなく不動態化層４２２を改質及び強化するために使用される。一例では、プラズマ励起された追加的な不動態化ガス４２３への曝露は、プラズマにおけるフッ素又は水素イオン及び／又はラジカルによる窒化ケイ素膜４２０の損傷を回避するために、低い又はゼロの基板バイアスを使用して実行され得る。
【0022】
この方法は、さらに、３８において、フッ素含有ガスを含有するプラズマ励起エッチングガス４０３に、基板４を曝露する工程を含む。これは、図４Ｆに概略的に示されている。一例では、プラズマ励起エッチングガス４０３は、Ｆ２、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、ＨＦ、ＮＦ３又はこれらの組み合わせを含む。プラズマ励起エッチングガスは、任意で、さらに、Ａｒ、Ｈｅ又はこれらの組み合わせを含むことができる。一実施形態では、フッ素含有ガスは、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスを含有しない。プラズマ励起エッチングガス４０３に対する曝露により、図４Ｇに示されるように、窒化ケイ素膜４２０に対して酸化ケイ素膜４００が選択的にエッチングされる。
【0023】
プラズマ励起エッチングガス４０３への曝露は、酸化ケイ素膜４００上よりも窒化ケイ素膜４２０上でのより厚い強化された不動態化層４２４のため、窒化ケイ素膜４２０に対して酸化ケイ素膜４００を選択的にエッチングする。この選択的エッチングは、図４Ｇに概略的に示されており、ここで、強化された不動態化層４２４が酸化ケイ素膜４００から除去され、酸化ケイ素膜４００がエッチングされる一方、窒化ケイ素膜４２０上の強化された不動態化層４２４が薄くされるが、窒化ケイ素膜４２０をエッチングから保護する。
【0024】
一実施形態によれば、曝露工程３４～３８は、交互に且つ連続的に実行され得る。一例では、曝露工程３４～３８は、３４、続いて３６、且つ続いて３８の順で交互に且つ連続的に実行され得る。更に、プロセスの矢印４０によって示されるように、曝露工程３４～３８は、酸化ケイ素膜４００を更に選択的にエッチングするために少なくとも１回繰り返され得る。一実施形態によれば、曝露工程３４～３８の１つ以上は、時間において少なくとも部分的に重複し得る。
【0025】
この方法は、エッチングプロセスに続くアッシングプロセスを使用して、強化された不動態化層４２４を基板４から除去する工程を更に含むことができる。これは、図４Ｈに概略的に示されている。
【0026】
窒化シリコン膜に対する酸化シリコン膜の選択的プラズマエッチングの方法は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システム、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）システム、マイクロ波プラズマシステム、基板の上流にプラズマ励起種を生成するリモートプラズマシステム、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）システム及び他のシステムなどの従来の商用プラズマ処理システムで実行され得る。
【0027】
選択的酸化ケイ素／窒化ケイ素エッチングプロセスは、酸化ケイ素と窒化ケイ素との間のエッチング選択性を最適化する基板温度、ガス流量、ガス流量比及びガス圧力で実行され得る。例としては、約－２００℃～約２００℃、約－１００℃～約２５℃、約０℃～約１００℃、約０℃～約２００℃、約－３０℃～約２５℃又は約０℃～約２５℃の基板温度が挙げられる。プラズマエッチングチャンバー内のガス圧力は、約５ミリトール～約１０００ミリトール、約１０ミリトール～５００ミリトール又は約２０ミリトール～約１００ミリトールであり得る。ガス流量の例は、０．１ｓｃｃｍ～５００ｓｃｃｍであり、任意のガスの流量比は、０％～１００％である。
【0028】
半導体製造における窒化ケイに対する酸化ケイ素の選択的プラズマエッチングの方法の複数の実施形態が記載されてきた。本発明の実施形態の上述の説明は、例示及び説明を目的として提示されている。この説明は、網羅的であること又は開示されているまさにその形態に本発明を限定することを意図するものではない。本明細書及び以下の特許請求の範囲は、説明目的でのみ使用され、限定するものとして解釈されるべきではない用語を含む。関連する技術分野の当業者であれば、上記の教示に照らして多くの修正形態及び変形形態が可能であることを理解し得る。当業者は、図に示されている様々な構成要素の様々な均等な組み合わせ及び置換形態を認識するであろう。従って、本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ本明細書に添付された特許請求の範囲によって限定されることを意図している。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図4H】