用于蚀刻含硅膜的方法

专利名称：用于蚀刻含硅膜的方法
用于蚀刻含硅膜的方法发明背景发明领域本发明涉及一种使用通过将含有氟组分的气体等离子体化而得到的蚀刻气体蚀刻含硅例如氮化硅的膜的方法。相关技术描述在使用大气压等离子体的含硅膜蚀刻中，已知的技术是通过将水(H2O)加入到氟组分例如CF4中而产生HF，以用HF蚀刻所述膜(参见下列专利文献1至3)。例如，在专利文献1中，将硅例如非晶硅或结晶硅的膜用臭氧氧化成氧化硅(式 1)；并且将水加入到氟组分例如CF4中，然后使其通过处于近大气压下的等离子体生成空间，从而产生HF(式幻；并且通过HF或其水溶液蚀刻二氧化硅(式幻。在等离子体生成空间中，除HF以外，还产生COF2等。COF2与水反应产生HF(式4)，其用于蚀刻氧化硅(式3)。Si+203 — Si02+202 (式 1)CF4+2H20 — 4HF+C02 (式 2)Si02+4HF — SiF4+2H20 (式 3)C0F2+H20 — C02+2HF (式 4)现有技术文献专利文献专利文献1 日本未审查专利申请公布号2007-294642专利文献2 日本未审查专利申请公布号2000-58508专利文献3 日本未审查专利申请公布号2002-270575发明概述本发明要解决的问题HF气体或HF水溶液具有渗透并渗入多种有机化合物的性质。存在的情况是，待处理目标物的基材包括含硅膜，并且还包括有机膜如用于图案化的光致抗蚀剂。在此情况下，在加入水的情况下，HF渗透并渗入有机膜，此时基材被从等离子体化氟组分如CF4而产生的蚀刻气体蚀刻。这减小有机膜的界面粘附性，在一些情况下可能导致有机膜的隆起 (lifting)或剥离。特别是当蚀刻气体中的水吸附在目标物的表面上时，HF溶解在水中，从而增加HF的渗透和渗入，并且有机膜的隆起和剥离可能变得显著。另一方面，减少要加入的水的量或限制要产生的HF的量可能降低蚀刻速率，并且是不实际的。解决问题的方案含硅材料例如氧化硅，氮化硅和硅(非晶硅，单晶硅和多晶硅)可以不仅由HF蚀刻，而且由含氧的氟活化物种如2-碳酰氟(COF2)和氧氟化物(0F2，O2F2)蚀刻。氧化硅的反应速率通常高于其他含硅材料的反应速率。而且，除氧化硅以外的含硅材料如氮化硅和
硅可以被氧化氮氧化。基于以上给出的知识，本发明提供一种用于蚀刻待处理目标物的含硅膜的方法，所述目标物包括所述含硅膜和有机膜，所述含硅膜可被氧化氮(NOx)氧化，所述方法包括通过将基本上没有氢原子的原料气引入到处于近大气压下的等离子体生成空间中而产生蚀刻气体的生成步骤；和使所述蚀刻气体与所述目标物接触的蚀刻反应步骤；其中所述原料气(source gas)含有7至80体积％的不含氢原子的氟组分，7至 80体积％的氮气(N2)和5至60体积％的氧气(O2)。在所述生成步骤中，可以通过下列方法产生含有含氧含氟的活化物种和氧化氮 (NOx)以及少量HF或不含HF的蚀刻气体将具有上述组成的原料气等离子体化(包括分解，激发，活化和离子化)。在蚀刻反应步骤中，可以由所述含氧的氟活化物种蚀刻所述含硅膜。而且，可以用氧化氮将含硅膜氧化成氧化物硅，从而增强由含氧的氟活化物种所引起的蚀刻速率。由于在蚀刻气体中含有少量HF或不含HF，因此少量或没有HF渗透或渗入到有机膜中。因此，可以避免有机膜的界面粘附性的减小，从而限制或防止有机膜的隆起或剥离。而且，除了通过氧化氮的氧化效应和作为结果的蚀刻速率增强效应以外，还通过将原料气的组分的流量比设置在以上规定的范围内，可以安全地增强蚀刻速率。因此，可以缩短蚀刻处理时间，减小周围气体的水分吸附到目标物上的机会，从而，组合与不含氢原子的原料气的作用，更安全地限制或防止有机膜的隆起或剥离。而且，可以防止在目标物的表面的一部分上形成水的冷凝层。因此，可以避免氧化反应被冷凝层抑制以及因此的蚀刻反应被冷凝层的抑制。而且，可以避免在其中形成冷凝层的部分和在其中没有形成冷凝层的部分之间的蚀刻速率变化。因此，可以防止目标物表面的粗糙化。优选地，含硅膜含有下列各项中的任何一种硅(Si)，氮化硅(SiNx)，碳化硅 (SiC)，氧氮化硅(SiON)，氧碳化硅(SiOC)和碳氮化硅(SiCN)。含氧的氟活化物种对这些含硅材料(Si，SiNx, SiC, SiON, SiOC和SiCN)的蚀刻反应速率通常低于含氧的氟活化物种对氧化硅的蚀刻反应速率，并且可以被氧化氮氧化。硅(Si)可以是非晶硅，单晶硅或多晶娃。原料气可以含有45体积％以下的氧气，优选30体积％以下的氧气，而且可以含有 20体积％以下的氧气。原料气的剩余部分可以含有氮气和氟组分，并且氮气与氟组分的体积比为10 90至90 10。在此条件下，特别是当含硅膜由氮化硅制成时可以保证高的蚀刻速率。优选地，氟组分和氧气的总和与氮气的体积流量比为70 30至20 80，并且氟组分与氧气的体积流量比为75 25至40 60。在此情况下，更优选的是，在原料气中，氟组分和氧气的总和与氮气的体积流量比为60 40至30 70。更优选地，在原料气中，氟组分和氧气的总和与氮气的体积流量比为50 50至40 60。而且，在此情况下，原料气中氟组分与氧气的体积流量比为60 40至40 60，更优选地，约50 50。在这些条件下，特别是当含硅膜由氮化硅制成时可以安全地提高蚀刻速率。当氮气在原料气中的含量比率过高时，这意味着氟组分和氧气的含量比率过低。因此，可能减少含氧的氟活化物种的产生量，并且可能降低蚀刻速率。当氮气在原料气中的含量比率过低时，可能减少氧化氮的产生量。因此，可能降低对含硅膜的氧化效果，并且可能降低蚀刻速率。据推测，当原料气中的氟组分的含量比率过低时和当原料气中的氧气的含量比率过低时，蚀刻速率都可能降低，原因在于在任一种条件下都减少了含氧的氟活化物种的产生量。原料气可以含有20至80体积％的氟组分，7至60体积％的氮气和5至60体积％ 的氧气。而且，原料气可以含有40至80体积％的氟组分，7至40体积％的氮气和5至40 体积％的氧气。在这些条件下，特别是当含硅膜由硅例如非晶硅制成时，可以保证高蚀刻速率。当含硅膜由硅例如非晶硅制成时，原料气可以含有30%以上，优选50体积％以上的氟组分，并且原料气的剩余部分以队仏=10 90至90 10的体积比含有氮气和氧气。优选地，该方法还包括用于将目标物的温度控制在50摄氏度以上，优选约50至 120摄氏度，更优选约50至100摄氏度的温度控制步骤。这防止周围气体如气氛的水分被吸附在目标物上，从而防止由水分和蚀刻气体中的含氧的氟活化物种在目标物的表面上产生HF。因此，可以安全地限制或防止有机膜的隆起或剥离。特别是当含硅膜由氮化硅等制成时，优选的是使目标物的温度在构成目标物的有机膜等的耐热能力范围内尽可能高。可以将目标物加热至高达约100摄氏度。取决于有机膜的耐热能力，可以将目标物加热至高达约120摄氏度。这安全地防止水分被吸附在目标物上，同时保持高的蚀刻速率。因而，可以更安全地限制或防止有机膜的隆起或剥离。而且，可以防止有机膜的变性(物理性质变化如收缩)。尽管取决于有机膜的构成而变化，但是通常地，有机膜的变性发生在100至200摄氏度以上。当含硅膜由非晶硅等制成时，优选地，将目标物的温度控制在高于50摄氏度至 100摄氏度，更优选60摄氏度至80摄氏度。这可以增强非晶硅等的蚀刻速率(参见实施例 8和图7)。通过使目标物的温度高于常温，可以防止水分在目标物上的吸附，从而可以限制或防止有机膜的隆起或剥离。而且，可以安全地防止有机膜的变性。目标物的实例包括平板显示器如液晶显示器和半导体器件。例如，作为用作平板显示器面板的每一个像素的开关元件的TFT(薄膜晶体管)的目标物包括依次层叠的非晶硅膜，金属膜和有机膜。掺杂剂被掺杂在膜部分的金属膜侧上的非晶硅膜的膜部分上。当蚀刻金属膜和掺杂有掺杂剂的非晶硅膜的膜部分(掺杂非晶硅膜)时，有机膜起到掩模作用。当蚀刻掺杂非晶硅膜时优选使用上述蚀刻气体。蚀刻气体的原料气可以含有7至 80体积％的氟组分，所述氟组分不含氢原子，7至80体积％的氮气(N2)和5至60体积％的氧气(O2)。优选地，蚀刻气体的原料气可以含有20至80体积％的氟组分，7至60体积％ 的氮气(N2)和5至60体积％的氧气(O2)。更优选地，蚀刻气体的原料气可以含有40至80 体积％的氟组分，7至40体积％的氮气(N2)和5至40体积％的氧气(O2)。目标物的温度优选高于50摄氏度至100摄氏度，更优选60摄氏度至80摄氏度。这使得能够安全地蚀刻掺杂非晶硅膜，从而形成TFT通道部分。而且，由于蚀刻气体含有少量HF或不含HF并且含有少量H2O或不含H2O,因此可以避免氟向有机膜中的离子化和渗入。因此，可以避免有机膜的界面粘附性下降。因此，可以防止有机膜的隆起或剥离，并且可以保持有机膜附着到金属膜。而且，可以避免金属膜被HF溶解(蚀刻)。因此，可以形成良好的通道部分。由“基本上没有氢原子”所指的条件不限于其中根本不含氢原子的条件，而是包括其中含有少量含氢原子的化合物如水分的条件，只要该化合物的量足够少以使得原料气不能诱导有机膜的隆起和剥离即可。例如，原料气可以含其露点温度优选为-40摄氏度以下并且更优选-60摄氏度以下的水。在具有此露点温度水平的原料气中含有的水的量落入到基本上为零的范围内，并且原料气基本上不含氢原子。除氟组分，氧气(O2)和氮气汎)以外，原料气还可以含有稀释剂气体如Ar和He。 可以将空气用于替换氧气和氮气的至少一部分。不含氢原子的氟组分可以包括全氟化碳(PFC)例如CF4, C2F6，C3F6和C3F8并且还可以包括F2, SF6, NF3和XeF2。含氧的氟活化物种包括COF2，OF2和RF2。近大气压是指在1. 013xl04至50. 663xl04Pa范围内的压力。当考虑压力控制的容易性和设备结构的简化时，优选在1. 333xl04至10. 66^104! 范围内的压力，并且更优选在 9. 331xl04 至 10. 397xl04Pa 范围内的压力。有机膜可以是这样的膜其在液晶显示器或半导体器件的制造工艺中被涂布，并且最终被移去(例如，掩模层)或最终构成液晶显示器或半导体器件的一部分(例如，绝缘层和保护层)。有机膜可以层压在要蚀刻的含硅膜的顶侧上，或可以构成在含硅膜正下方的层。要层压在含硅膜的顶侧上的有机膜包括掩模层，绝缘层和保护层。构成在含硅膜正下方的层的有机膜包括绝缘层。掩模层例如由光致抗蚀剂构成。构成绝缘层或保护层的有机膜包括例如环氧树脂，丙烯酸类树脂，聚酰亚胺树脂和酚醛清漆树脂。发明的有益效果根据本发明，可以在限制或防止待处理目标物的有机膜的隆起或剥离的同时蚀刻
含硅膜。附图简述

图1是根据本发明的第一实施方案的等离子体蚀刻设备的示意性构造图。图2是本发明的第二实施方案的示意性构造图。图3是显示在实施例1，比较例1-1和比较例1-2中的蚀刻速率测量结果的图。图4是显示实施例2中的氮化硅膜蚀刻速率相对于原料气中氮气含量比率的测量结果的图。图5是显示实施例4中的氮化硅膜蚀刻速率相对于原料气中氧气和CF4之间的流量比的测量结果的图。图6是显示在实施例5中的处理之前和之后的氮化硅的表面原子的分析结果的光谱图。图7是显示在实施例8中的非晶硅蚀刻速率的温度依赖性测量结果的图。优选实施方案描述以下将参考附图描述本发明的实施方案。图1显示本发明的第一实施方案。待处理目标物90例如但不限于是液晶显示器或半导体器件。对目标物90的基材91没有特别限制。基材91可以是玻璃，半导体晶片， 或可以是具有连续或片状构造的树脂膜。作为蚀刻的目标物的含硅膜92被涂布在基材91 的上表面上。含硅膜92例如由氮化硅组成。有机膜93被层压在含硅膜92 (的顶侧)。有机膜93例如由图案化的光致抗蚀剂组成。没有涂布光致抗蚀剂的含硅膜92的部分是要蚀刻的部分。有机膜93不限于掩模层如光致抗蚀剂，而可以是由环氧树脂，丙烯酸类树脂，聚酰亚胺树脂或酚醛清漆树脂等组成的绝缘层或保护层。有机膜93并非必须被层压在含硅膜92的顶侧上，而是可以构成在含硅膜92正下方的层。大气压等离子体蚀刻设备1在近大气压下等离子体蚀刻目标物90。等离子体蚀刻设备1包括支持体2和蚀刻气体供给管线3。目标物90由支持体2支持。支持体2由平台组成，但是不限于其。支持体2可以是辊式输送机或带式输送机，或者可以是多个导辊或操纵器(机械手)。备选地，目标物90可以由与平台2连接的输送机构(未示出)输送。在平台2上的目标物90的温度由温度控制器4控制。在附图中，温度控制器4构建在平台2中。备选地，温度控制器4可以安置在平台2外侧。温度控制器4可以是电热加热器，辐射加热器，或包括用于温度控制的液体在其中流动的通道的换热器。蚀刻气体供给管线3包括原料气供给管线10和等离子体生成器20。原料气供给管线10包括氟组分供给器11，氧气供给器12和氮气供给器13。原料气供给管线10向等离子体生成器20供给含有氟组分、氧气(O2)和氮气( )的原料气。氟组分供给器11供给不含氢原子的氟组分。氟组分的实例为CF4。代替CF4W是，可以将全氟化碳(PFC)例如 C2F6，C3F6和C3F8或SF6, NF3或XeF2用作氟组分。氧气供给器12供给氧气(O2)。氮气供给器13供给氮气(N2)。原料气供给管线10不包括水(H2O)的供给器。原料气基本上(几乎或完全)不含含氢化合物如水或含氢组分。等离子体生成器20包括彼此相对的一对电极21，21。尽管在附图中电极21，21由平行板电极构成，但是电极21，21不限于这种形式。电极21，21可以是同轴圆柱电极或一对辊电极(roll electrode)，或辊电极与平板电极或圆柱凹形电极(cylindrical concave electrode)的组合。固体介电层(未示出)安置在电极21，21中的至少一个的相对表面上。电极21，21中的一个与电源22连接，并且另一个接地。来自电源22的供给电压可以形成间歇波例如脉冲，或可以形成连续波如正弦波。电压从电源22供给，并且在电极21，21 之间的空间23变为处于近大气压下的等离子体生成空间。原料气供给管线10与等离子体生成空间23的上游末端连接。用于将气体均勻引入到等离子体生成空间23中的流动均化器(未示出)可以安置在将原料气供给管线10与等离子体生成空间23连接的部分。喷射喷嘴M从等离子体生成空间23的下游末端延伸。用于吹送均勻地来自等离子体生成空间 23的气体的流动均化器安置在喷射喷嘴M中。喷嘴24与支持体2上的目标物90相对。喷嘴M可以集成在等离子体生成器20中。可以在喷嘴M中安置用于抽吸排放的后处理气体的抽吸部(未示出)。在处理目标物90的同时，等离子体生成器20以及因此的喷嘴M可以相对于目标物90静止，或可以相对于目标物90移动。在等离子体生成器20以及因此的喷嘴M相对于目标物90相对移动的情况下，等离子体生成器20和喷嘴M可以在目标物90的相反末端之间往复运动一次或多次，或可以在一个方向上以一种方式仅移动一次。在具有上述构造的等离子体蚀刻设备1中，来自氟组分供给器11的CF4，来自氧气供给器12的A和来自氮气供给器13的队以预定的流量比混合以产生原料气。优选将原料气的组分的各自体积含量比设置在7 %至80 %的CF4, 7 %至80 %的N2和5 %至60 %的O2。特别地，当要蚀刻的膜92为氮化硅时，原料气优选含有45体积％以下的02，更优选含有30体积％以下的02，或者，更可以含有20体积％以下的O2。此时，原料气的剩余部分可以以N2 CF4 = 10 90至90 10的体积比含有N2和CF4(氟组分)。原料气中CF4 (氟组分)和A的总和与N2的体积流量比可以为(CF4+02) N2 = 70 30至20 80，优选 (CF4+02) N2 = 60 40 至 30 70，并且更优选地，(CF4+02) N2 = 50 50 至 40 60。 原料气中CF4 (氟组分)与O2的体积流量比可以为CF4 O2 = 75 25至40 60，优选 CF4 O2 = 40 60 至 60 40，并且更优选约 CF4 O2 = 50 50。将原料气(CF4+02+N2)通过气体供给管线10引入到等离子体生成器20的等离子体生成空间23并且将其等离子体化。等离子体化引起反应物种生成反应(生成过程)，例如以下列出的生成过程CF4+02 — C0F2+F2 (式 11)CF4+02 — 02F2+C02 (式 12)N2+02 — NOx(式 13)在式11至13中，没有考虑各项的系数(这同样适用于以下描述的式21，22，31和 41-45)。结果，产生含有氧化氮(NOx)和含氧的氟活化物种例如2-碳酰氟(COF2)和氧氟化物(0F2，O2F)的蚀刻气体。蚀刻气体含有少量HF或不含HF，并且含有少量水或不含水 (H2O)。将蚀刻气体从喷射部M喷射到目标物90。这使得蚀刻气体的组分与含硅膜92的没有被有机膜93覆盖的部分接触，所述含硅膜92由氮化硅制成，从而引起如下列表示的蚀刻反应发生SiNx+C0F2 — SiF4+C0+N2 (式 21)SiNx+02F2 — SiF4+N0x(式 22)以此方式，可以蚀刻含硅膜92。由于在蚀刻气体中含有少量或不含HF并且含有少量或不含H2O,因此有少量HF或没有HF渗透或渗入到有机膜93中。因此，可以避免有机膜 93的界面粘附性降低，从而可以限制或防止有机膜93的隆起或剥离。因此，可以清楚地仅蚀刻含硅膜92的要蚀刻部分。优选地，在将上述蚀刻气体喷出的同时，将目标物90通过温度控制器4加热到高达50摄氏度以上。这可以防止气氛的水分被吸附在目标物90的表面上。因此，可以防止由气氛中的水分和蚀刻气体中的含氧的氟活化物种(2-碳酰氟和氧氟化物)之间的反应产生HF。因而，可以进一步确保防止有机膜93的隆起或剥离。可以将目标物90的温度上限设置在120摄氏度，优选在100摄氏度。这可以防止有机膜93由加热引起变性。构成含硅膜92的氮化硅的一部分由于与根据式13产生的NOx接触而被氧化并且变为氧化硅(式31)。氧化硅与含氧的氟活化物种(2-碳酰氟和氧氟化物)反应，从而被蚀刻(式32和式33)。SiNx+N0x — Si02+N2 (式 31)Si02+2C0F2 — SiF4+2C02 (式 32)Si02+202F2 — SiF4+302 (式 33)由式32和式33表示的氧化硅的蚀刻反应速率高于由式21和式22表示的氮化硅的蚀刻反应速率。因此，通过进行NOx的氧化反应(式31)可以提高含硅膜92的蚀刻速率。 由NOx所致的氮化硅的氧化反应(式31)的速率是较高的，因此蚀刻速率的提高效果巨大。 通过提高蚀刻速率，可以缩短蚀刻的处理时间。因此，可以减小在蚀刻过程中周围气体中的水分被吸附到目标物90上的机会，并且从而可以进一步安全地防止有机膜的隆起或剥离。由于蚀刻气体含有少量或不含HF并且含有少量或不含H2O,因此可以避免在目标物90的表面的一部分上形成水的冷凝层。因此，可以避免由冷凝层所致的对氧化反应和蚀刻反应的抑制。而且，可以避免在其中形成冷凝层的部分和在其中没有形成冷凝层的部分之间的蚀刻速率变化。因此，可以防止目标物90表面的粗糙化。尽管在以上提供的说明中，基于要蚀刻的含硅膜92是氮化硅的前提描述了实施方案，但是含硅膜92不限于氮化硅。含硅膜92可以由可以被氧化氮(NOx)氧化的任何含硅材料制成。含硅膜92可以由硅例如非晶硅或多晶硅，碳化硅，氧氮化硅，氧碳化硅，碳氮化硅等制成。不论要蚀刻的膜的特性如何，优选将原料气的组分的体积含量比设置在7至 80 %氟组分(CF4等)、7至80 % N2和5至60 % O2的范围内。特别地，当要蚀刻的膜92由硅例如非晶硅(a-Si)制成时，优选将原料气的组分的体积含量比设置在20 %至80 % CF4, 7 %至60 % N2和5 %至60 % O2，并且更优选设置在40 % 至80% CF4, 7%至40% N2和5%至40% O2。将目标物90的温度优选设置在高于50摄氏度至100摄氏度，并且更优选设置在60摄氏度至80摄氏度。当含硅膜92由硅例如非晶硅(a-Si)制成时，通过与蚀刻气体接触而发生如下表示的蚀刻反应Si+2C0F2 — SiF4+2C0 (式 23)Si+202F2 — SiF4+202 (式 24)当将由上述式21和式22表示的氮化硅的蚀刻反应速率和由式23和式M表示的硅的蚀刻反应速率比较时，取决于处理条件，前者可能高于后者或后者可能高于前者。例如，当处理温度为约100摄氏度时，氮化硅的蚀刻反应速率高于硅的蚀刻反应速率。当处理温度为约60摄氏度时，硅的蚀刻反应速率高于氮化硅的蚀刻反应速率。而且，如由下式表示的，硅例如非晶硅与NOx反应并且被氧化成氧化硅Si+NOx — Si02+N2 (式 41)氧化硅与含氧的氟活化物种(C0F2，OF2, O2F2等)反应，从而被蚀刻(式32和式 33)。而且，当含硅膜92由碳化硅(SiC)，氧氮化硅(SiON)，氧碳化硅(SiOC)或碳氮化硅(SiCN)制成时，如分别由下式表示的，含硅膜与NOx反应并且被氧化成氧化硅。氧化硅与含氧的氟活化物种(COF2, OF2, O2F2等)反应，从而被蚀刻(式32和式33)。SiC+N0x — Si02+N2+C02 (式 42)Si0N+N0x — Si02+N2(式 43)Si0C+N0x — Si02+N2+C02 (式 44)SiCN+N0x — Si02+N2+C02 (式 45)在上述实施方案的处理条件下，由式32和式33表示的氧化硅的蚀刻反应速率高于直接被含氧的氟活化物种蚀刻的上述含硅材料(Si，SiC，SiON，SiOC，SiCN等)的反应速率。因此，也可以安全地提高含硅膜(Si，SiC，SiON，SiOC，SiCN等)的蚀刻速率。因此，可以缩短蚀刻的处理时间，并且可以减小蚀刻过程中周围气体的水分被吸附在目标物90上的机会。因而，连同基本上不含氢原子的原料气的效果，可以进一步安全地防止有机膜的隆起或剥离。
图2显示本发明的第二实施方案。第二实施方案涉及用于平板显示器的薄膜晶体管(TFT)的通道蚀刻。要作为TFT的待处理目标物90A包括玻璃基材91。从该基材91侧依次在玻璃基材91上层压栅布线94，栅绝缘膜95，半导体膜96，金属膜97和有机膜93。栅布线94例如由高熔点金属如Cr和Ta组成。栅绝缘膜95例如由SiN组成。半导体膜96例如由非晶硅组成。半导体膜96包括在膜96的基材91侧上的膜部分96a以及在膜96的金属膜97侧上的膜部分96b。膜部分96a是其中没有掺杂掺杂剂的未掺杂非晶硅。膜部分96b是其中掺杂有掺杂剂例如P的η型非晶硅。半导体膜96的厚度例如为约200nm至300nm。η型非晶硅96b的膜厚度例如为约60nm至lOOnm。金属膜97起到用于TFT的信号布线的作用。例如，金属膜97由金属例如Ta和Al 组成。有机膜93由光致抗蚀剂组成。通过作为掩模的有机膜93将对应于通道部分的金属膜97的部分蚀刻。结果，将通道部分的η型非晶硅膜96b暴露出来。在第二实施方案中， 上述通道部分的η型非晶硅膜96b是要蚀刻的含硅膜。在等离子体蚀刻设备1的蚀刻气体供给管线3中，含有CF4(氟组分)、O2和N2的原料气被引入到放电空间23并且被等离子体化而产生蚀刻气体。原料气的组分的体积含量比优选设置在20%至80% CF4, 7%至60% N2和5%至60% 02，并且更优选设置在40% 至80 % CF4, 7 %至40 % N2和5 %至40 % O2。CF4与N2和仏的总和的体积流量比可以为 CF4 (N2+02) = 30 70 至 80 20，优选 CF4 (N2+02) = 50 50 至 80 20，并且 N2 与 O2的体积流量比可以为N2 O2 = 10 90至90 10。目标物90的温度优选被设置在高于50摄氏度至100摄氏度，并且更优选被设置在60摄氏度至80摄氏度。原料气含有少量水或不含水(H2O)。因此，蚀刻气体含有少量HF或不含HF并且含有少量水或不含水(H2O)。蚀刻气体被喷射在目标物90A上。蚀刻气体接触η型非晶硅膜 96b的暴露部分。这致使构成膜96b的非晶硅发生蚀刻反应(式23，24，41，32和33)。如由图2中的链式双虚线示出的，当蚀刻深度达到η型非晶硅膜96b和非掺杂非晶硅膜96a 的边界附近时，停止蚀刻。通过该布置，可以蚀刻通道部分的η型非晶硅膜96b，并且可以使非掺杂非晶硅膜96a不被蚀刻。在蚀刻非晶硅膜时的目标物90A的温度优选被控制在高于50摄氏度至100 摄氏度，并且更优选控制在60摄氏度至80摄氏度。通过该布置，可以增强非晶硅的蚀刻速率(参见实施例8和图7)。而且，可以防止有机膜93的热变性。通过将目标物90A的温度和原料气的组分的流量比控制在关于上述非晶硅的优选范围内，可以增加非晶硅相对于SiN的选择比率。因此，可以减小在通道蚀刻过程中蚀刻 SiN膜95的可能性。由于蚀刻气体含有少量HF或不含HF并且含有少量H2O或不含H2O,因此可以避免离子化的氟渗入到有机膜93中。因此，可以避免有机膜93的界面粘附性降低。因此，可以防止有机膜93的隆起或剥离，并且可以保持有机膜93附着到金属膜97上。而且，可以避免金属膜97被HF溶解(蚀刻)。因此，可以形成良好的通道部分。本发明不限于上述实施方案，并且可以进行多种变化，只要这样的变化不更改本发明的实质即可。例如，有机膜93可以构成目标物90的基材91。
通过干燥目标物90周围的气氛气体可以限制或防止气氛气体的水分被吸附到目标物90上。尽管在图1中所示的等离子体蚀刻设备1是所谓的远程类型等离子体处理设备， 其中目标物90被放置在电极之间的空间23外侧，但是等离子体蚀刻设备1可以是所谓的直接类型等离子体处理设备，其中目标物90被放置在电极之间的空间23的内部，并且目标物90被等离子体直接辐射。[实施例1]在下面描述实施例。本发明不限于以下给出的实施例。在第一实施例中，原料气是CF4，氧气(O2)和氮气(N2)的混合气体，并且测量氮化硅膜的蚀刻速率。原料气的组分的流动速率如下CF4 0. 2SLMO2 0. 2SLMN2 0. 4SLM因此，原料气中组分的各个含量比率为25体积％ CF4, 25体积％ O2和50体积％ N2。原料气的露点温度为-45摄氏度以下，并且原料气的水分的量基本上为零。[生成步骤]将如上所述的原料气(CF4+02+N2)在大气压下通过等离子体生成器20等离子体化，并且产生蚀刻气体。等离子体生成器20的等离子体放电条件如下电极之间的空间23的厚度1mm电极21，21之间的施加电压Vpp = 13kV，40kHz，波脉冲喷射喷嘴对的开口宽度(在与图1的平面垂直的方向上的尺寸)为100mm。[蚀刻反应步骤]将具有尺寸为5cmX5cm的玻璃基材91并且涂布有氮化硅膜92的待处理目标物90 放置在平台2上并且移动到喷射开口 M下方。然后，将如上所述的蚀刻气体从喷射开口 M 喷射到处于静止状态的目标物90上(固定处理方法)。处理时间为1分钟。目标物90的
温度为室温。如图3中所示，氮化物硅膜的蚀刻速率的测量结果为^Onm/分钟。该蚀刻速率足以在实践上用于半导体装置或液晶显示器的制造工艺。[比较例1-1]作为比较例，在与实施例1相同的等离子体处理条件下将作为CF4、氧气(O2)和氩 (Ar)的混合物的原料气等离子体化，并且使用与实施例1中相同的固定处理方法、相同的处理时间并且在相同的温度条件下对与实施例1中使用的目标物90相同的目标物90进行蚀刻反应步骤。原料气的组分的流量如下CF4 0. 2SLMO2 0. 2SLMAr 0. 4SLM[比较例1-2]在另一个比较例中，将臭氧(O3)进一步加入到蚀刻气体中。臭氧使用臭氧发生器从氧气(O2)产生。来自臭氧发生器的输出气体(02+03)的流量为0.2SLM并且输出气体的臭氧浓度为200g/m3。分别地，使用等离子体生成器20，在与实施例1中相同的等离子体处理条件下，将具有与比较例1-1中相同组成的原料气(CF4 0. 2SLM, O2 :0. 2SLM，Ar :0. 4SLM) 等离子体化。然后，将来自等离子体生成器20的气体与来自臭氧发生器的气体(02+03)混合，并且将混合气体喷射到待处理目标物90上，并且使用与实施例1中相同的固定处理方法、相同的处理时间并且在相同的温度条件下对与实施例1中使用的目标物90相同的目标物90进行蚀刻反应步骤。在图3中比较了在上述实施例1、比较例1-1和比较例1-2中的蚀刻速率。在实施例1中，获得了约为比较例1-1中的蚀刻速率和比较例1-2中的蚀刻速率约25倍那么高的高蚀刻速率。这证实了，当如在实施例1中通过氧化氮(NOx)进行氧化时的蚀刻速率提高效果大大高于如在比较例1-2中通过臭氧进行氧化时的蚀刻速率提供效果。[实施例2]在第二实施例中，如下所示，原料气中的CF4和A的流量速率不变。改变氮气的流量并且测量氮化硅膜的蚀刻速率。原料气的组分的流量如下CF4 0. 2SLMO2 0. 2SLMN2:0 至 1.5SLM即，在约10%至50体积％ CF4J^] 10%至50体积％ O2和0至约80体积％ N2的范围内调节原料气中的组分(CF4+02+N2)的各个含量比。原料气中CF4与氧气的体积流量比为 CF4 O2 = 1 1。原料气的露点温度为-45摄氏度以下并且原料气的水分的量基本上为零。[生成步骤]将原料气通过等离子体生成器20在大气压下等离子体化，并且产生蚀刻气体。等离子体生成器20的等离子体放电条件如下电极之间的空间23的厚度1mm电极21，21之间的施加电压Vpp = 13kV，40kHz，波脉冲喷射喷嘴对的开口宽度(在与图1的平面垂直的方向上的尺寸)为100mm。[蚀刻反应步骤]将具有尺寸为5cmX5cm的玻璃基材91并且涂布有氮化硅膜92的待处理目标物90 放置在平台2上并且以往复运动方式在喷射开口 M下方通过多次(扫描处理方法)。然后，将蚀刻气体从喷射开口 M喷射到目标物90上。目标物90的运动速率为4m/分钟。目标物90的温度为室温。将进行一次往复运动计算为一次扫描的情况下，进行50次扫描。然后，测量氮化硅膜的蚀刻量。将蚀刻量除以扫描次数(50次)以计算每次扫描的蚀刻速率。实施例2的结果显示在图4中。当原料气中的组分的各个含量比为约10体积％至40体积％ CF4,约10 体积％至40体积％ O2和约20体积％至80体积％ N2时，达到了一定水平的蚀刻速率。当各个含量比率为约10体积％至35体积％ CF4,约10体积％至35体积％ O2和约30体积％ 至80体积％ N2时，达到了相对高的蚀刻速率。而且，当氮气的含量比为约40体积％至70 体积％时，获得了足够高的蚀刻速率。当氮气的含量比为约50体积％至60体积％时，获得了最大蚀刻速率。[实施例3]在实施例3中，蚀刻包括有机膜93的待处理目标物90并且检查对有机膜93的效果。作为目标物90，使用这样的样品其包含尺寸为5cmX5cm的玻璃基材91并且层压有氮化硅膜92和有机膜93。含硅膜92为氮化硅膜92并且有机膜93为丙烯酸类树脂膜。原料气的组分的流量如下CF4 0. 2SLMO2 0. 2SLMN2 0. 4SLM因此，原料气中的组分的各个含量比为25体积％ CF4, 25体积％ O2和50体积％ N2。原料气的露点温度为-45摄氏度以下并且原料气的水分的量基本上为零。[生成步骤]将如上所述的原料气(CF4+02+N2)通过等离子体生成器20在大气压下等离子体化，并且产生蚀刻气体。等离子体生成器20的等离子体放电条件如下电极之间的空间23的厚度1mm电极21，21之间的施加电压Vpp = 13kV，40kHz，波脉冲喷射喷嘴对的开口宽度(在与图1的平面垂直的方向上的尺寸)为100mm。[蚀刻反应步骤]将涂布有氮化硅膜的目标物90放置在平台2上并且移动到喷射开口 M下方。然后，将蚀刻气体从喷射开口对喷射到处于静止状态的目标物90上(固定处理方法)。以如下6种方式改变处理时间处理时间5秒，10秒，20秒，60秒，90秒和120秒以下列3种方式改变目标物90的温度。经由平台2加热目标物90。目标物90的温度室温(RT)，50摄氏度和80摄氏度表1显示了随目标物的处理时间和温度造成的对有机膜93的隆起和剥离条件的检查结果。[表1]
蚀刻气体的接触时间5秒10秒20秒60秒90秒120秒萆S枓愛室温〇〇ΔXXX50 °C〇〇〇〇ΔΔ80 °C〇〇〇〇〇〇〇没有观察到有机膜的隆起或剥离Δ 观察到有机膜的部分隆起X 观察到有机膜的剥离通过使用含有少量或不含HF并且含有少量或不含水分的蚀刻气体，即使在约10秒的喷射持续时间期间，也观察不到有机膜93的隆起或剥离。事实上，在其中通过向CF4中加入H2O并且将产物等离子体化而产生HF的蚀刻反应(式2和式3)中，即使当所加入的 H2O的量在露点温度方面为约0度时，也在开始喷射含有HF的蚀刻气体若干秒中发生有机膜的隆起。在室温下观察到有机膜的隆起和剥离，因为较长的处理时间可能增加气氛水分被吸附到目标物90上的可能性。然而，被证实的是，通过加热目标物90，即使当处理时间长时也可以限制或防止有机膜的隆起和剥离。[实施例4]在实施例4中，在原料气(CF4+A+^g的总流量和N2的流量保持不变并且改变CF4 和A之间的流量的情况下，测量氮化硅的蚀刻速率。原料气的总流量为8SLM。CF4和&的流量总和为0.4SLM(恒定)。队的流量为0.4SLM(恒定)。将原料气中的组分的各个含量比调节在约12体积％至45体积％ CF4,约5体积％至38体积％ O2和50体积％ N2 (恒定) 的范围内。CF4和O2的总和与N2的体积流量比为(CF4+02) N2 = 50 50。原料气的露点温度为-45摄氏度以下，并且原料气的水分的量基本上为零。[生成步骤]将原料气通过等离子体生成器20在大气压下等离子体化，并且产生蚀刻气体。等离子体生成器20的等离子体放电条件如下电极之间的空间23的厚度1mm电极21，21之间的施加电压Vpp = 13kV，40kHz，波脉冲喷射喷嘴对的开口宽度(在与图1的平面垂直的方向上的尺寸)为100mm。[蚀刻反应步骤]将具有尺寸为5cmX5cm的玻璃基材91并且涂布有氮化硅膜92的待处理目标物90 放置在平台2上并且移动到喷射开口 M下方。然后，将蚀刻气体从喷射开口 M喷射到处于静止状态的目标物90上(固定处理方法)，并且测量蚀刻速率。处理时间为1分钟。目标物90的温度为室温。图5显示在水平轴显示CF4和&之间的流量比率的情况下的蚀刻速率的测量结果。在实施例4中检查的所有流量比率处达到了一定水平的蚀刻速率。当02与0&+02的总和的百分比在25体积％至60体积％的范围内时，达到了相对高的蚀刻速率。而且，当& 的百分比在40体积％至60体积％的范围内时，达到了足够高的蚀刻速率。即，当原料气的总流量中的CF4和&的相应百分比在约20体积％至38体积％ CF4和约12体积％至30体积％ O2的范围内时，达到了相对高的蚀刻速率。而且，当原料气的总流量中的CF4和&的相应百分比在约20体积％至30体积％ CF4和约20体积％至30体积％ O2的范围内时，达到了足够高的蚀刻速率。在A的体积相对小的区域中并且在CF4的体积相对小的区域中， 蚀刻速率相对低。推测这可能归因于含氧的氟活化物种例如COF2, OF2和AF2的生成量的减少。[实施例5]在实施例5中，氮化硅是要蚀刻的目标物。制备包括涂布有氮化硅的玻璃基材91 的样品90。样品90具有50mmX50mm的尺寸。将样品90放置在等离子体蚀刻设备1的平台 2上并且将蚀刻气体喷射到样品90上。
样品90的温度为90摄氏度。原料气的组分的流量如下CF4 0. 3SLMO2 0. ISLMN2 0. 2SLM原料气的露点温度为-45摄氏度以下并且原料气的水分的量基本上为零。等离子体生成器20的等离子体放电条件如下电极之间的间隙23的厚度Imm输入功率325W(直流电130V，2. 5A，转换为脉冲)电极21，21之间的施加电压和频率Vpp = 15kV, 40kHz喷射喷嘴对的开口宽度(在与图1的平面垂直的方向上的尺寸)为100mm。蚀刻时间为60秒并且在还没有将膜92完全移除的阶段停止蚀刻。使用XPS(X射线光电子能谱)分析在蚀刻处理之前和之后的样品90的表面组成。 采用 Kratos Analytical, Inc.制造的 Model AXIS-165 作为 XPS。分析结果显示在表2中。在处理之前的样品的表面组成含有36. 氧气和24. 69%氮气，而在处理之后的表面组成含有62. 57%氧气和1.81%氮气。[表 2]
权利要求
1.一种用于蚀刻待处理目标物的含硅膜的方法，所述目标物包含所述含硅膜和有机膜，所述含硅膜可被氧化氮(NOx)氧化，所述方法包括通过将基本上不含氢原子的原料气引入到处于近大气压下的等离子体生成空间中而产生蚀刻气体的生成步骤；和使所述蚀刻气体与所述目标物接触的蚀刻反应步骤；其中所述原料气含有7至80体积％的不含氢原子的氟组分、7至80体积％的氮气(N2) 和5至60体积％的氧气(O2)。
2.根据权利要求1所述的用于蚀刻的方法，其中所述原料气含有45体积％以下的氧气。
3.根据权利要求1或2所述的用于蚀刻的方法，其中所述原料气含有30体积％以下的氧气。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于蚀刻的方法，其中所述氟组分和氧气的总和与氮气的体积流量比为70 30至20 80，并且所述氟组分与氧气的体积流量比为 75 25 至 40 60。
5.根据权利要求4所述的用于蚀刻的方法，其中所述原料气中所述氟组分和氧气的总和与氮气的体积流量比为60 40至30 70。
6.根据权利要求4或5所述的用于蚀刻的方法，其中所述原料气中所述氟组分和氧气的总和与氮气的体积流量比为50 50至40 60。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的用于蚀刻的方法，其中所述原料气中所述氟组分与氧气的体积流量比为60 40至40 60。
8.根据权利要求1所述的用于蚀刻的方法，其中所述原料气含有20体积％以上的所述氟组分和60体积％以下的氮气。
9.根据权利要求8所述的用于蚀刻的方法，其中所述原料气含有40体积％以上的所述氟组分、40体积％以下的氮气和40体积％以下的氧气。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于蚀刻的方法，其中所述含硅膜含有下列各项中的任一种硅(Si)，氮化硅(SiNx)，碳化硅(SiC)，氧氮化硅(SiON)，氧碳化硅(SiOC) 和碳氮化硅(SiCN)。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的用于蚀刻的方法，其中所述含硅膜由氮化硅 (SiNx)组成。
12.根据权利要求1、8或9所述的用于蚀刻的方法，其中所述含硅膜由非晶硅组成。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的用于蚀刻的方法，其中所述方法还包括将所述目标物的温度控制在50摄氏度至120摄氏度的温度控制步骤。
14.根据权利要求12所述的用于蚀刻的方法，其中将所述目标物的温度控制在高于50 摄氏度至100摄氏度。
15.根据权利要求12或14所述的用于蚀刻的方法，其中将所述目标物的温度控制在 60摄氏度至80摄氏度。
16.根据权利要求12、14或15所述的用于蚀刻的方法，其中所述目标物包括所述由非晶硅组成的含硅膜、金属膜和所述有机膜，所述含硅膜、所述金属膜和所述有机膜依次层叠，所述含硅膜的在所述金属膜侧的所述含硅膜的膜部分被掺杂剂掺杂，所述膜部分被所述蚀刻气体蚀刻。
全文摘要
本发明公开了一种用于蚀刻含硅膜的方法，其中有机膜的隆起或剥离得到防止。具体地，将基本上不含氢原子的蚀刻材料气体引入到处于近大气压下的等离子体生成空间(23)中，以产生蚀刻气体。使蚀刻气体与包含含硅膜(92)和有机膜(93)的待处理目标物(90)接触。含硅膜(92)可通过氧化氮(NOx)氧化。蚀刻材料气体含有7至80体积％的不含氢原子的氟组分，7至80体积％的氮气(N2)和5至60体积％的氧气(O2)。
文档编号H01L21/3065GK102498550SQ20108004103
公开日2012年6月13日 申请日期2010年8月25日 优先权日2009年9月2日
发明者佐藤崇, 功刀俊介, 真弓聪 申请人:积水化学工业株式会社