[发明专利]使用酰基卤的原子层蚀刻

说明书

提供一种对硅氧化膜、硅氮化膜进行原子层蚀刻的方法。通过重复进行以下3个步骤而进行原子层蚀刻(ALE)，所述3个步骤为：氢化步骤(1)，对硅氧化膜、硅氮化膜等照射包含H的等离子体而对表面进行氢化；酰基卤吸附步骤(2)，进行式Rf‑COX(式中，Rf为H或F或包含C及F的取代基或包含C、H及F的取代基或‑COX，各X独立地为F、Cl、Br、I中任意卤素原子)所示的酰基卤暴露，使酰基卤与氢化后的表面反应而使Rf‑COX化学吸附于表面；蚀刻步骤(3)，照射包含稀有气体(至少为He、Ar、Ne、Kr、Xe中的任一种)的等离子体，引起吸附有酰基卤的硅氧化膜、硅氮化膜表面的化学反应、进行一原子层厚的蚀刻。

技术领域

本发明涉及一种原子层蚀刻(ALE)，其通过对蚀刻对象的表面进行氢化的工序、进行Rf-COX(Rf为H或F或包含C及F的取代基或包含C、H及F的取代基或-COX，各X独立地为F、Cl、Br、I中任意卤素原子)所示的酰基卤的暴露而使其化学吸附于氢化后的蚀刻对象的工序、照射包含稀有气体的等离子体、并对吸附有酰基卤的蚀刻对象表面进行蚀刻，由此蚀刻1原子层厚的厚度。

背景技术

目前，最先进的半导体装置正在通过微细加工、采用三维结构等进行进一步的高集成化，在逻辑器件中，栅极长度、flash存储器的半间距的微细化已经发展到一位数纳米程度。因此，对蚀刻、成膜等工序都要求非常高的精度，现有的蚀刻技术、成膜技术已经难以应对这种要求。

针对如前所述的技术问题，原子层蚀刻(ALE：Atomic Layer Etching)、原子层沉积(ALD：Atomic Layer Deposition)之类的进行1原子层水平的加工的技术受到关注。

就ALD而言，一般使具有挥发性的有机金属化合物等前体(前驱体)吸附于基板，然后导入与所吸附的前驱体在表面上进行反应的另一前驱体，通过重复进行吸附和表面反应的方法每次形成1分子层地成膜出目标膜。例如，在Al₂O₃的ALD的情况下，交替地导入三甲基铝(AlMe₃)和水(H₂O)，从而重复进行Al-Me键与H₂O反应而形成Al-OH键并同时释放甲烷、Al-OH与新的AlMe₃反应而形成Al-O-Al键的反应，由此进行成膜。

就ALE而言，在大多数情况下，首先对被蚀刻基板供给具有卤素原子、有机取代基的蚀刻种，利用等离子体、热处理与被蚀刻基板反应而在基板的最表面形成变质层。然后，利用Ar等非活性气体的等离子体、离子束或热等对最表面已变质的被蚀刻基板赋予能量，引起变质层的化学反应并形成挥发性的物质，仅将形成有变质层的最表面部分去除。通过重复进行该反应而能够在控制变质层厚的厚度的同时进行蚀刻，通过利用蚀刻种的供给量等调节变质层的厚度而还能进行1原子层水平的蚀刻。

与ALD相比，ALE中将变质层的厚度调节为1原子层厚这一点较为困难，存在蚀刻进行至必要量以上的情况、变质层的厚度存在偏差而难以进行面内的均匀性高的蚀刻之类的技术问题。因此，通常难以控制性良好地蚀刻1原子层水平的厚度。

专利文献1公开了利用Cl₂进行多晶硅层的ALE的方法。首先，对形成有多晶硅层的基板进行Cl₂暴露，使Cl与Si形成键，然后利用Ar等离子体进行处理，由此使与Cl键合的多晶硅层的表面原子从基板脱离。通过重复进行以上的操作来进行ALE。该专利文献1记载的方法中，1次循环中所蚀刻的Si的厚度为0.45nm/循环，Si的原子半径为0.111nm，因此计算可知1次循环中大约2原子的Si从基板表面被去除。另外公开了：即使将Cl₂的暴露时间、Ar等离子体照射时间分别延长，Si被蚀刻的厚度也不会与0.45nm/循环有大幅变化，因此Cl₂在Si表面上的吸附达到恒定时，不会发生Cl₂的进一步吸附，另外通过照射Ar等离子体而去除吸附有Cl的Si、表面上的Cl耗尽的情况下不会进行进一步的蚀刻，对于多晶硅能够实现控制性良好的蚀刻。