干蚀刻方法、半导体设备的制造方法和蚀刻装置制造方法及图纸

本发明专利技术的干蚀刻方法的特征在于，其是使包含β

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】干蚀刻方法、半导体设备的制造方法和蚀刻装置


[0001]本专利技术涉及干蚀刻方法、半导体设备的制造方法和蚀刻装置。

技术介绍

[0002]在半导体设备的制造过程中，作为布线材料、金属栅材料、电极材料或磁性材料，有时对在基板上经成膜的金属膜进行蚀刻。
[0003]伴随着半导体设备的微细化，为了对金属膜进行蚀刻而形成微细的结构，一直以来要求高度地控制金属膜的蚀刻。具体而言，研究了：以在晶圆的面内蚀刻量的偏差被抑制在1nm以下的方式蚀刻金属膜、控制蚀刻后的金属膜表面的粗糙、选择性地蚀刻金属膜等。为了进行这种高度的蚀刻控制，通过用化学溶液将金属膜蚀刻的湿式蚀刻是困难的，研究了利用气体将金属膜蚀刻的干蚀刻。
[0004]专利文献1中记载了一种蚀刻方法，其具备如下蚀刻工序：通过包含水和醇中的至少一者的包含β
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二酮的蚀刻气体，对形成于基板上的薄膜以基板温度300℃以上、优选为450℃以上进行蚀刻，使上述基板的表面露出。专利文献2记载了如下方法：使用包含β
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二酮、且包含1～20体积％的水或过氧化氢的蚀刻气体，在100℃以上且350℃以下的温度区域形成β
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二酮与金属的络合物，由此将金属膜蚀刻。专利文献2中，作为构成金属膜的金属的例子，列举出了锌、钴、铪、铁、锰、钒等。根据专利文献2，通过添加水或过氧化氢，从而与使用氧气时相比，蚀刻金属膜的速度变快。
[0005]另外，虽然不是对基板上的金属膜进行微细地蚀刻的方法，但作为对附着于半导体设备的制造工序中使用的成膜装置内的金属膜进行干洗的方法，提出了使用β
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二酮的方法。
[0006]专利文献3中记载了一种干洗方法，其通过使包含β
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二酮和NOx(为NO、N2O中的任一者)的清洗气与处于200～400℃、优选为250～370℃的温度范围内的金属膜反应，从而去除附着于成膜装置上的金属膜。专利文献3中，作为构成金属膜的金属的例子，列举出了镍、锰、铁、钴等。根据专利文献3，通过使用NOx，从而与使用氧气时相比，扩大了能够蚀刻去除金属膜的温度范围。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：日本特开2004
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91829号公报
[0010]专利文献2：日本特开2014
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236096号公报
[0011]专利文献3：日本特开2013
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194307号公报

技术实现思路

[0012]专利技术要解决的问题
[0013]作为被蚀刻对象的金属膜的结晶性根据其成膜方法而不同，但大多数情况下是晶粒聚集而形成的多晶的膜。利用专利文献1～3中记载的方法蚀刻这样的金属膜时，在整体
上均匀地蚀刻是非常困难的。通常，结合比较弱的(即，反应性高)晶界被优先蚀刻，因此可认为蚀刻后的膜由于蚀刻速度差异而出现表面粗糙。近些年，随着微细化的进展，即使是微小的表面粗糙也成为不可忽视的问题，需要对其进行改善。
[0014]使用包含β
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二酮的蚀刻气体来蚀刻金属膜时，金属和β
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二酮形成络合物，由此金属膜被蚀刻。形成该络合物需要使金属一次性地氧化，因此大多数情况会将氧气、前述的NOx等氧化剂添加至蚀刻气体中。一直以来，本专利技术人等试图通过调节氧化剂的添加量、添加的时机、进而利用β
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二酮时的处理条件等来改善表面粗糙，但未能从根本上得到改善。
[0015]本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供能够抑制金属膜的表面粗糙的干蚀刻方法。进而，本专利技术的目的在于，提供使用了上述干蚀刻方法的半导体设备的制造方法。本专利技术的目的还在于，提供能够抑制出现金属膜的表面粗糙的蚀刻装置。
[0016]用于解决问题的方案
[0017]本专利技术人等着眼于在与金属的反应中生成的络合物的升华点因β
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二酮的种类而大幅不同的情况。此外，发现：用生成升华点高的第1络合物的第1β
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二酮对金属膜进行处理后，用生成升华点比第1络合物低的第2络合物的第2β
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二酮对金属膜进行处理时，金属膜的表面粗糙得到改善，以至完成了本专利技术。
[0018]本专利技术的干蚀刻方法的特征在于，其是使包含β
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二酮的蚀刻气体与形成于被处理体的表面的金属膜接触而蚀刻所述金属膜的干蚀刻方法，所述方法包括：使包含第1β
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二酮的第1蚀刻气体与上述金属膜接触的第1蚀刻工序；及在上述第1蚀刻工序之后，使包含第2β
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二酮的第2蚀刻气体与上述金属膜接触的第2蚀刻工序，上述第1β
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二酮是能够通过与上述金属膜的反应而生成第1络合物的化合物，上述第2β
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二酮是能够通过与上述金属膜的反应而生成升华点比上述第1络合物低的第2络合物的化合物。
[0019]本专利技术的干蚀刻方法中，上述第1β
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二酮与上述第2β
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二酮的组合优选为(第1β
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二酮，第2β
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二酮)＝(乙酰丙酮，六氟乙酰丙酮)、(乙酰丙酮，三氟乙酰丙酮)或(三氟乙酰丙酮，六氟乙酰丙酮)。
[0020]本专利技术的干蚀刻方法中，可以重复进行上述第1蚀刻工序和上述第2蚀刻工序。
[0021]本专利技术的干蚀刻方法中，上述金属膜优选包含选自由Zr、Hf、Fe、Mn、Cr、Al、Ru、Co、Cu、Zn、Pt和Ni组成的组中的至少1种金属元素。
[0022]本专利技术的干蚀刻方法中，优选上述第1蚀刻气体和上述第2蚀刻气体各自独立地还包含选自由NO、NO2、N2O、O2、O3、H2O和H2O2组成的组中的至少1种添加气体。
[0023]本专利技术的干蚀刻方法中，优选：上述金属膜包含Co元素，上述第1蚀刻气体包含作为上述第1β
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二酮的乙酰丙酮和作为添加气体的NO，上述第2蚀刻气体包含作为上述第2β
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二酮的六氟乙酰丙酮和作为添加气体的NO。
[0024]本专利技术的干蚀刻方法中，优选上述第1蚀刻气体和上述第2蚀刻气体各自独立地还包含选自由N2、Ar、He、Ne和Kr组成的组中的至少1种非活性气体。
[0025]本专利技术的干蚀刻方法优选进一步具备：在上述第1蚀刻工序之前将还原性气体供给至上述金属膜的预处理工序。
[0026]本专利技术的半导体设备的制造方法的特征在于，具备利用本专利技术的干蚀刻方法对基板上的金属膜进行蚀刻的工序。
[0027]本专利技术的蚀刻装置的特征在于，具备：载置部，其设置于能加热的处理容器内且载
置表面形成了金属膜的被处理体；第1β
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二酮供给部，其将第1β
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二酮供给至上述被处理体，所述第1β
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二酮是能够通过与上述金属膜的反应而生成第1络合物的化合物；第2β
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种干蚀刻方法，其特征在于，其是使包含β
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二酮的蚀刻气体与形成于被处理体的表面的金属膜接触而蚀刻所述金属膜的干蚀刻方法，所述方法包括：第1蚀刻工序，使包含第1β
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二酮的第1蚀刻气体与所述金属膜接触；及第2蚀刻工序，在所述第1蚀刻工序之后，使包含第2β
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二酮的第2蚀刻气体与所述金属膜接触，所述第1β
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二酮是能够通过与所述金属膜的反应而生成第1络合物的化合物，所述第2β
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二酮是能够通过与所述金属膜的反应而生成升华点比所述第1络合物低的第2络合物的化合物。2.根据权利要求1所述的干蚀刻方法，其中，所述第1β
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二酮与所述第2β
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二酮的组合即第1β
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二酮与第2β
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二酮是乙酰丙酮与六氟乙酰丙酮、乙酰丙酮与三氟乙酰丙酮、或三氟乙酰丙酮与六氟乙酰丙酮。3.根据权利要求1或2所述的干蚀刻方法，其中，重复进行所述第1蚀刻工序和所述第2蚀刻工序。4.根据权利要求1～3中任一项所述的干蚀刻方法，其中，所述金属膜包含选自由Zr、Hf、Fe、Mn、Cr、Al、Ru、Co、Cu、Zn、Pt和Ni组成的组中的至少1种金属元素。5.根据权利要求1～4中任一项所述的干蚀刻方法，其中，所述第1蚀刻气体和所述第2蚀刻气体各自独立地还包含选自由NO、NO2、N2O、O2、O3、H2O和H2O2组成的组中的至少1种添加气体。6.根据权利要求1所述的干蚀刻方法，其中，所述金属膜包含Co元素，所述第1蚀刻气体包含作为所述第1β
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二酮的乙酰丙酮和作为添加气体的NO，所述第2蚀刻气体包含作为所...

【专利技术属性】
技术研发人员：武田雄太，山内邦裕，八尾章史，
申请(专利权)人：中央硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：