金属窒化物を乾式エッチングする方法及びシステム

【課題】チタン窒化物等の金属窒化物をエッチングする方法及びシステムについて開示している。
【解決手段】そのエッチングの処理は、Ｃｌ_２、ＨＢｒ又はＢＣｌ_２等のハロゲン含有ガス、及び化学式Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚを有するフルオロカーボンガスであって、ｘ及びｚは１に等しいか又は１より大きく、ｙは０に等しいか又は０より大きい、フルオロカーボンガスを有する処理成分を導入する段階を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乾式プラズマ処理を用いて基板における金属窒化物層をエッチングする方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の大きさが減少するにつれて、処理開発及び集積の問題は、高誘電率物質（ここでは、“高いｋの”物質とも呼ばれる）を有する新しいゲートスタック物質についての主要な課題である。
【０００３】
ＳｉＯ_２（ｋ≒３．９）より大きい誘電率を特徴とする誘電体物質は、一般に、高いｋの物質といわれる。更に、高いｋの物質は、基板（例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘＯ_ｙ）の表面に成長されるのではなく、基板（例えば、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２）において堆積される誘電体物質ということが可能である。高いｋの物質は、金属シリケート又は酸化物（例えば、Ｔａ_２Ｏ_５（ｋ≒２６）、ＴｉＯ_２（ｋ≒２６）、ＺｒＯ_２（ｋ≒２５）、Ａｌ_２Ｏ_３（ｋ≒９）、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＯ_２（ｋ≒２５）を加えることが可能である。
【０００４】
前端線（ＦＥＯＬ）に対して、近い将来、それらの高いｋの物質が、多結晶シリコン（ポリシリコン）ゲート構造との集積のために検討され、そして、長期的には、それらの物質が金属ゲートと共に用いるように検討されるであろう。しかしながら、ポリシリコンゲート構造との高いｋの物質の集積は、バリア層としての役割を果たすポリシリコン層と高いｋの層との間における金属窒化物等の薄膜の挿入を必要とする。この物質は、ゲート構造への損傷を最小化しながら、エッチングされる必要がある。更に、金属窒化物は、金属ゲートで用いるように検討され、下方構造に対する損傷を最小化しながら、エッチングされる必要がある。
【０００５】
勿論、多くの他の必要性が、金属含有層をエッチングするための半導体処理において存在している。一例は、後端線（ＢＥＯＬ）操作のための金属化処理を介して又は接触状態にあるバリア層を有する金属のエッチング部分を有することである。他の例は、ＤＲＡＭ製造のためのコンデンサにおいて金属含有層のエッチング部分を有することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、基板における金属窒化物層をエッチングする方法及びシステムに関する。その方法は、ハロゲン含有ガスを有する処理成分及び化学式Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚを有するフルオロカーボンガスを用いる段階を有し、ここで、ｘ及びｚは１に等しく、ｙは０に等しいか又は０より大きい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態においては、基板における金属含有層をエッチングする方法が提供される。金属窒化物層を有する基板はプラズマ処理システムにおいて堆積され、パターンを規定するマスク層がその金属窒化物層において積層される。基板温度は、約３０℃上げられる。ハロゲン含有ガス及びフルオロカーボンガスを有する処理成分がプラズマ処理システムに導入される。フルオロカーボンガスは化学式Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚを有し、ここで、ｘ及びｚは１に等しく、ｙは０に等しいか又は０より大きい。プラズマは、プラズマ処理システムにおいてその処理成分から形成される。基板は、金属窒化物層にパターンをエッチングにより形成するようにプラズマに晒される。
【０００８】
他の実施形態にしたがって、基板における金属窒化物層をエッチングするプラズマ処理システムが備えられる。そのシステムは、金属窒化物層をエッチングするように、プラズマの生成を容易にするプラズマ処理チャンバを有する。第１ガス供給システムは、プラズマ処理チャンバに結合され、プラズマ処理チャンバにＢＣｌ_３を導入するようになっている。第２ガス供給システムは、プラズマ処理チャンバに結合され、プラズマ処理システムにフルオロカーボンガスを導入するようになっている。容器は、プラズマ処理チャンバ、第１ガス供給システム及び第２ガス供給システムに結合され、処理レシピであって、即ち、プラズマ処理チャンバにＢＣｌ_３を導入する段階と、化学式Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚを有するフルオロカーボンガスをプラズマ処理チャンバに導入する段階と、を有し、ここで、ｘ及びｚは１に等しく、ｙは０に等しいか又は０より大きく、制御器が所定の流量でＢＣｌ_３及びフルオロカーボンガスを導入する、処理レシピを実行するようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下の説明においては、例示目的であって、限定的ではなく、具体的な詳細、即ち、プラズマ処理システムの具体的な幾何学的構成及び種々の処理について説明される。しかしながら、それらの具体的な詳細から逸脱する他の実施形態において本発明が実行されることが可能であることを理解する必要がある。
【００１０】
物質処理方法論において、パターンエッチングは、エッチング中に基板において下方の薄膜にこのパターンを転写するマスクを備えるように、後続してパターニングされる基板の上方の表面へのフォトレジストのような光感応性物質の薄膜の適用を有する。光感応性物質のパターニングは、一般に、例えば、現像溶剤を用いて非照射領域（ネガ型レジストの場合）又は光感応性物質の照射領域（ポジ型フォトレジストの場合）の除去により後続される、マイクロリソグラフィシステムを用いる電磁（ＥＭ）放射線の幾何学的パターンに対する光感応性物質の露光を有する。
【００１１】
パターンエッチング中、乾式プラズマエッチング処理が用いられることが可能であり、プラズマは、電子を加熱し、処理ガスの原子及び／又は分子組成の後続のイオン化及び解離をもたらすように、処理ガスに対して、高周波（ＲＦ）パワーのような電磁（ＥＭ）エネルギーを結合することにより処理ガスから生成される。一連の乾式エッチング処理を用いて、例えば、上記の光リソグラフィ処理を用いる最初のマスク層において形成されるパターンは、目的プロダクト、例えば、電子デバイスについて所望される１つ又はそれ以上の物質層を有する積層膜における下方の層に転写される。
【００１２】
例えば、図１Ａ乃至１Ｃに示すように、基板１１０において形成された複数の層１２０乃至１７０を有する積層膜１００が例示されている。積層膜１００は、例えば、ポリシリコン層１５０を有する多結晶シリコン（ポリシリコン、即ち、ｐｏｌｙ−Ｓｉ）と、金属含有層１４０と、ゲート誘電体ゲート誘電体の一部としての高誘電率（高いｋ）の誘電体層１３０と、を有することが可能である。金属含有層１４０は、例えば、ｐｏｌｙ−Ｓｉゲート電極の一部であることが可能である。金属含有層１４０は、数百Åの厚さ、例えば、１００Åの厚さであることが可能であり、それは金属窒化物を有することが可能である。例えば、金属含有層１４０は、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化チタンシリコン、窒化チタンアルミニウム、窒化タンタル、窒化タンタルシリコン、窒化ハフニウム、窒化ハフニウムシリコン又は窒化アルミニウムを有することが可能である。ゲート電極における金属含有層１４０は、従来のｐｏｌｙ−Ｓｉゲート電極層と置き換えられる又はそれと集積されることが可能である。
【００１３】
更に、ゲート誘電体は、高いｋの層と基板との間の二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）のような界面層１２０を更に有することが可能である。その高いｋの誘電体層１３０は、例えば、ハフニウム酸化物層（例えば、ＨｆＯ_２）又はハフニウムシリケート層（例えば、ＨｆＳｉＯ）等のハフニウム含有層を有することが可能である。更に、例えば、高いｋの誘電体層１３０は、金属シリケート又は酸化物（例えば、Ｔａ_２Ｏ_５（ｋ≒２６）、ＴｉＯ_２（ｋ≒２６）、ＺｒＯ_２（ｋ≒２５）、Ａｌ_２Ｏ_３（ｋ≒９）、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＯ_２（ｋ≒２５）を加えることが可能である。更に、例えば、高いｋの誘電体層１３０は、希土類酸化物の混合物、希土類アルミネートの混合物、希土類窒化物の混合物、希土類アルミニウム窒化物の混合物、希土類酸窒化物の混合物又は希土類アルミニウム酸窒化物の混合物を有することが可能である。
【００１４】
積層膜１００は、フォトリソグラフィ処理を用いて形成されるパターンを有するフォトレジストの層等のパターニングされたマスク層１８０を更に有する。したがって、例えば、積層膜１００は、マスク層１８０のパターニングにおいて用いられる反射防止コーティング（ＡＲＣ）層１７０と、ポリシリコン層１５０を乾式エッチングする二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）ハードマスク等の１つ又はそれ以上のハードマスク層１６０とを有することが可能である。
【００１５】
図１Ｂ及び１Ｃに例示しているように、下方の積層膜にパターンを転写する一連のエッチング処理は、転写されるパターン、例えば、臨界寸法の完全性を維持するように、そして製造される電子デバイスで用いられる層への損傷を最小にするように、選択される。
【００１６】
一エッチング処理は、例えば、ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５０、下方の高いｋの層１３０又はそれらの両方を損傷することなく、金属含有層１４０へのパターンの転写を有する。実施形態にしたがって、金属含有層１４０にパターンを転写するパターンエッチング処理は、ハロゲン含有ガスを有する処理成分と、化学式Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚを有するフルオロカーボンガスとを導入する段階を有し、ここで、ｘ及びｚは１に等しく、ｙは０に等しいか又は０より大きい。例えば、ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ_２、ＨＢｒ、ＢＣｌ_３又はそれらの２つ又はそれ以上の組み合わせを有することが可能である。更に、例えば、フルオロカーボンガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２又はそれらの２つ又はそれ以上の組み合わせを有することが可能である。処理成分は、希ガス（例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）のような不活性ガスを更に有することが可能である。
【００１７】
他のエッチング処理は、例えば、ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５０、下方のＳｉＯ_２界面層又はそれらの両方を損傷することなく、高いｋの誘電体膜１３０へのパターンの転写を有する。ハフニウム含有の高いｋの層をエッチングする従来の処理は、ＨＢｒ／Ｃｌ_２に基づく処理化学物質を用いることを有する。しかしながら、それらのエッチング化学物質は、ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５０及び下方のＳｉＯ_２界面層１２０をエッチングするとして知られているものである。例えば、ＨＢｒ／Ｃｌ_２に基づく処理化学物質を用いるときに、本発明者は、１０以上のＨＦＯ_２とｐｏｌｙ−Ｓｉ間の選択的なエッチングを観測し、今は、本発明者は、１．５乃至２．５のみのＨＦＯ_２とｐｏｌｙ−Ｓｉ間の選択的なエッチングを観測している。
【００１８】
高いｋの誘電体層１３０にパターンを転写するパターンエッチング処理は、ＢＣｌ_３及び添加ガスを有する処理成分を導入することを有する。その添加ガスはパッシベーションガスとしての役割を果たすものであり、添加ガスは、エッチングが所望されない表面のパッシベーションを与える。それ故、パターンエッチング処理は、例えば、ｐｏｌｙ−Ｓｉ
及びＳｉＯ_２のようなエッチングが意図されていない物質とＨｆＯ_２との間の選択的エッチングにおいて改善することが可能である。
【００１９】
添加ガスは、酸素含有ガス、窒素含有ガス、炭化水素ガス（Ｃ_ｘＨ_ｙで特徴付けられ、ここで、ｘ及びｙは１に等しいか又は１より大きい整数）又はそれらの２つ又はそれ以上の組み合わせを有することが可能である。例えば、酸素含有ガスは、Ｏ_２、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ_２又はそれらの２つ又はそれ以上の組み合わせを有することが可能である。更に、例えば、窒素含有ガスは、Ｎ_２、ＮＨ_３又はそれらの２つ又はそれ以上を有することが可能である。更に、炭化水素ガスは、Ｃ_２Ｈ_４、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２、Ｃ_２Ｈ_６、Ｃ_３Ｈ_４、Ｃ_３Ｈ_６、Ｃ_３Ｈ_８、Ｃ_４Ｈ_６、Ｃ_４Ｈ_８、Ｃ_４Ｈ_１０、Ｃ_５Ｈ_８、Ｃ_５Ｈ_１０、Ｃ_６Ｈ_６、Ｃ_６Ｈ_１０、Ｃ_６Ｈ_１２又はそれらの２つ又はそれ以上を有することが可能である。処理成分は、希ガス（例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）等の不活性ガスを更に有することが可能である。更なる詳細については、２００６年９月１２日に出願された“ＭＥＴＨＯＤ
ＡＮＤＳＹＳＴＥＭＦＯＲＤＲＹＥＴＣＨＩＮＧＡＨＡＦＮＩＵＭＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧＬＡＹＥＲ”という名称の米国特許出願公開第１１／１８，８９０号明細書に記載されていて、その文献の援用により、本明細書の説明の一部を代替する。
【００２０】
一実施形態にしたがった、プラズマ処理チャンバ１０と、プラズマ処理チャンバ１０に結合されている任意の診断システム１２と、任意の診断システム１２及びプラズマ処理チャンバ１０に結合されている制御器１４とを有するプラズマ処理システム１について、図２に示している。制御器１４は、ハロゲン含有ガスを有する処理成分及び化学式Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚを有するフルオロカーボンガスの導入により生成されるプラズマを用いて金属窒化物層をエッチングするようになっている少なくとも１つの段階を有するプロセスレシピを実行し、ここで、上記のように、ｘ及びｚは１に等しく、ｙは０に等しいか又は０より大きい。更に、制御器１４は、任意に、診断システム１２から少なくとも１つの終了点信号を受け入れ、その処理についての終了点を正確に決定するようにその少なくとも１つの終了点信号を後処理するようになっている。代替として、制御器１４は、その処理の終了点を設定するように所定の時間を用いる。例示としての実施形態においては、図２に示しているプラズマ処理システム１は、材料処理のためにプラズマを用いる。プラズマ処理システム１はエッチングチャンバを有することが可能である。
【００２１】
図３は、他の実施形態にしたがったプラズマ処理システムを例示している。プラズマ処理システム１ａは、プラズマ処理チャンバ１０と、処理される基板２５が取り付けられる基板ホルダ２０と、真空排気システム３０とを有する。基板２５は、半導体基板、ウェーハ又は液晶ディスプレイであることが可能である。プラズマ処理チャンバ１０は、基板２５の表面に隣接する処理領域１５におけるプラズマの生成を容易にすることが可能である。イオン化可能ガス又はガスの混合がガス注入システム（図示せず）を介して導入され
処理圧力は調整される。例えば、制御機構（図示せず）は、真空排気システム３０の絞り弁を絞るように用いられることが可能である。プラズマは、所定の物質処理に特定の物質を生成する、及び／又は基板２５の露出表面からの物質の除去を支援するように用いられることが可能である。プラズマ処理システム１ａは、何れかのサイズの基板、例えば、２００ｍｍの基板、３００ｍｍの基板又はそれより大きい基板を処理することが可能である。
【００２２】
基板２５は、静電気的クランピングシステムを介して基板ホルダ２０に取り付けられることが可能である。更に、基板ホルダ２０は、種々のエッチング処理中、基板の温度を制御する温度制御システムを更に有することが可能である。例えば、チタン窒化物層等の金属窒化物層をエッチングするエッチング処理中、温度制御システムは、約３０℃又はそれ以上、基板２５の温度を高くすることができる。代替として、温度制御システムは、約５０℃又はそれ以上、基板２５の温度を高くする加熱システムを有する。代替として、温度制御システムは、約７５℃又はそれ以上、基板２５の温度を高くする加熱システムを有する。代替として、温度制御システムは、約１００℃又はそれ以上、基板２５の温度を高くする加熱システムを有する。代替として、温度制御システムは、約２００℃又はそれ以上、基板２５の温度を高くする加熱システムを有する。例えば、基板温度は、約５０℃乃至約２５０℃の範囲内であることが可能であり、約５０℃乃至約１００℃の範囲内であることが可能である。
【００２３】
更に、例えば、ｐｏｌｙ−Ｓｉ層をエッチングするエッチング処理中、温度制御システムは、約１００℃又はそれ以下に基板２５の温度を高くする加熱システムを有する。更に、例えば、ＳｉＯ_２層をエッチングするエッチング処理中、温度制御システムは、約２０乃至２０℃に基板の温度を維持する又は低くする冷却システムを有する。
【００２４】
基板ホルダ２０は、冷却システム、加熱システム又はそれらの両方を有する温度制御システムを有することが可能である。例えば、冷却システム又は加熱システムは、冷却しているときに熱交換システム（図示せず）に熱を移動し、基板ホルダ２０から熱を受け入れる再循環流体流を有する、又は、加熱しているときに、熱交換システムからその流体流に熱を移動する。更に、例えば、冷却システム又は過熱システムは、加熱／冷却要素、例えば、基板ホルダ２０内に位置付けられている抵抗加熱要素又は熱電子ヒータ／クーラを有することが可能である。
【００２５】
更に、基板ホルダ２０は、基板２５と基板ホルダ２０との間におけるガスギャップ熱伝導を改善するように裏側のガス供給システムを介して基板２５の裏側への伝熱ガスの供給を容易にすることが可能である。そのようなシステムは、基板の温度制御が高温又は低温において必要とされるときに利用されることが可能である。例えば、裏側ガスシステムは、２ゾーンガス分配システムを有することが可能であり、裏側ガス（例えば、ヘリウム）圧力は、基板２５の中央と端部との間で独立して変えられることが可能である。
【００２６】
他の実施形態においては、加熱／冷却要素、例えば、抵抗加熱要素又は熱電子ヒータ／クーラは、プラズマ処理チャンバ１０のチャンバ壁及びプラズマ処理システム１ａ内の何れかの他の構成要素に含まれることが可能である。
【００２７】
図３に示している実施形態においては、基板ホルダ２０は電極であって、その電極を介して、処理空間１５における処理プラズマにＲＦパワーが結合される、電極を有することが可能である。例えば、基板ホルダ２０は、ＲＦジェネレータ４０から任意のインピーダンス整合ネットワーク４２を介して基板ホルダ２０へのＲＦパワーの送信によりＲＦ電圧において電気的にバイアスを掛けられることが可能である。そのＲＦバイアスは、プラズマを生成し、維持するように電子を加熱すること、シース内のイオンエネルギー分布関数に影響を与えること、又はそれらの両方の役割を果たすことが可能である。この構成においては、そのシステムは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）リアクタとして動作し、チャンバは接地面としての役割を果たすことが可能である。ＲＦバイアスについての代表的な周波数は０．１ＭＨｚ乃至１００ＭＨｚの範囲内であることが可能である。プラズマ処理についてのＲＦシステムについては当業者に知られている。
【００２８】
更に、インピーダンス整合ネットワーク４２は、反射パワーを減少させることによりプラズマ処理チャンバ１０へのＲＦパワーの移動を改善する役割を果たす。整合ネットワークトポロジ（例えば、Ｌタイプ、タイプ、Ｔタイプ等）及び自動制御方法については、当業者に知られている。
【００２９】
図３を更に参照するに、プラズマ処理システム１は、任意に、基板２５に対向している上部電極５２に結合されている直流（ＤＣ）電源５０を有する。上部電極５２は、電極プレートを有することが可能である。その電極プレートはシリコン含有電極プレートを有することが可能である。更に、電極プレートはドープされたシリコン電極プレートを有することが可能である。ＤＣ電源は可変ＤＣ電源を有することが可能である。更に、ＤＣ電源は両極性ＤＣ電源を有することが可能である。ＤＣ電源５０は、ＤＣ電源５０の極性、電流、電圧又はオン／オフ状態のモニタリング、調整又は制御、若しくはそれらの組み合わせを実行するシステムを更に有することが可能である。一旦、プラズマが生成されると、ＤＣ電源５０は、バリスティック電子ビームの生成を容易にする。電子フィルタは、ＤＣ電源５０からＲＦ電力をデカップリングするように用いられることが可能である。
【００３０】
例えば、ＤＣ電源５０により電極５２に印加されるＤＣ電圧は、約−２０００Ｖから約１０００Ｖの範囲内であることが可能である。好適には、ＤＣ電圧の絶対値は約１００Ｖに等しいか又はそれより大きい値を有し、更に好適には、ＤＣ電圧の絶対値は約５００Ｖに等しいか又はそれより大きい値を有する。更に、ＤＣ電圧は負極性を有することは好ましいことである。更に、ＤＣ電圧は、上部電極５２の表面において発生される自己バイアス電圧より大きい絶対値を有する負電圧であることが好ましい。基板ホルダ２０に対向している上部電極５２の表面はシリコン含有物質を有することが可能である。
【００３１】
真空排気システム３０は、最大５０００ｌ／ｓｅｃ（及び、それ以上）に排気速度を有することが可能であるターボ分子真空ポンプ（ＴＷＰ）と、チャンバ圧力の絞り粗絞るゲートバルブとを有することが可能である。乾式プラズマエッチングのために用いられる従来のプラズマ処理装置において、１０００乃至３０００ｌ／ｓｅｃのＴＭＰを用いることが可能である。ＴＭＰは、代表的には、約５０ｍＴｏｒｒ以下の低い圧力処理のために用いられることが可能である。高い処理圧力（即ち、約１００ｍＴｏｒｒより高い）については、機械式ブースタポンプ及び乾式粗引きポンプが用いられることが可能である。更に、チャンバ圧力をモニタリングする装置（図示せず）は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されていることが可能である。圧力測定装置は、例えば、ＭＫＳＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＩｎｃ（米国マサチューセッツ州Ａｎｄｏｖｅｒ市）製の６２８Ｂ型バラトロン絶対容量圧力計であることが可能である。
【００３２】
図３を尚も参照するに、プラズマ処理システム１ａは、プラズマ処理システム１ａに対して入力を伝達して、アクティブにし、そしてプラズマ処理システム１ａからの出力をモニタするのに十分である制御電圧を生成することができるデジタルＩ／Ｏポート、メモリ及びマイクロプロセッサを有する制御器９０を更に有する。更に、制御器９０は、ＲＦジェネレータ４０、インピーダンス整合ネットワーク４２、任意のＤＣ電源５０、ガス注入システム（図示せず）、真空排気システム３０、裏側ガス供給システム（図示せず）、基板−基板ホルダ温度制御システム（図示せず）及び／又は静電気的クランピングシステム（図示せず）に結合され、それらと情報を交換することができる。メモリに記憶されているプログラムは、薄膜をエッチングする方法を実行するように処理レシピにしたがってプラズマ処理システム１ａの上記の構成要素に対する入力をアクティブにするように用いられることが可能である。制御器９０の一実施例は、ＤｅｌｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国テキサス州Ａｕｓｔｉｎ市）製のＤＥＬＬ
ＰＲＥＣＩＳＩＯＮＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ６１０（登録商標）である。
【００３３】
制御器９０は、プラズマ処理システム１ａに対して局所的に位置付けられることが可能であり、又はインターネット又はイントラネットを介してプラズマ処理システム１ａに対して遠隔的に位置付けられることが可能である。それ故、制御器９０は、直接接続、イントラネット又はインターネットの少なくとも１つを用いてプラズマ処理システム１ａとデータを交換することが可能である。制御器９０は、顧客サイト（即ち、デバイスメーカ等）においてインターネットに結合されることが可能であり、又はベンダサイト（即ち、装置メーカ）にイントラネットで結合されることが可能である。更に、他のコンピュータ（即ち、制御器、サーバ等）は、直接接続、イントラネット又はインターネットの少なくとも１つを介してデータを交換するように制御器９０にアクセスすることが可能である。
【００３４】
図４に示している実施形態においては、プラズマ処理システム１ｂは、図２又は３の実施形態に類似するものであることが可能であり、更に、プラズマ密度を増加させることが可能である及び／又はプラズマ処理の均一性が改善されるように、固定式の、機械的な又は電気的の回転磁界システムを更に有することが可能である。更に、制御器９０は、回転速度及び磁場強度を調節するように磁場システム６０に結合されていることが可能である。回転磁場のデザイン及び実施については、当業者に知られている。
【００３５】
図５に示している実施形態においては、プラズマ処理システム１は、図２又は図３の実施形態と類似することが可能であり、任意のインピーダンス整合ネットワーク７２を介して上部電極５２にＲＦ電力を結合させるＲＦジェネレータ７０を更に有することが可能である。上部電極５２へのＲＦ電力の適用のための代表的な周波数は約０．１ＭＨｚ乃至約２００ＭＨｚの範囲内にあることが可能である。更に、基板ホルダ２０（又は、下部電極）への電力の適用のための代表的な周波数は約０．１ＭＨｚ乃至約１００ＭＨｚの範囲内にあることが可能である。例えば、上部電極５２に結合されているＲＦ周波数は、基板ホルダ２０に結合されているＲＦ周波数に比べて比較的高い周波数であることが可能である。更に、ＲＦジェネレータ７０から上部電極５２へのＲＦ電力は振幅変調されることが可能であり、ＲＦジェネレータ４０から基板ホルダ２０へのＲＦ電力は振幅変調されることが可能であり、又は、それら両方のＲＦ電力が振幅変調されることが可能である。例えば、より高いＲＦ周波数におけるＲＦ電力は振幅変調される。更に、制御器９０は、上部電極７０へのＲＦ電力の適用を制御するように、ＲＦジェネレータ７０及びインピーダンス整合ネットワーク７２に結合されている。上部電極のデザイン及び実施については、当業者に知られている。
【００３６】
図５を尚も参照するに、任意のＤＣ電源５０は、上部電極５２に直接結合されることが可能であり、又は、インピーダンス整合ネットワーク７２から上部電極５２に伸びているＲＦ送信線に結合されていることが可能である。電気的フィルタが、ＤＣ電源５０からＲＦ電力をデカップリングするように用いられることが可能である。
【００３７】
図６に示している実施形態においては、プラズマ処理システム１ｄは、例えば、図２、３及び４の実施形態と類似していて、任意のインピーダンス整合ネットワーク８４を介してＲＦ電力がＲＦジェネレータ８２に結合される誘導コイル８０を更に有することが可能である。ＲＦ電力は、誘導コイル８０から誘電体ウィンドウ（図示せず）を介してプラズマ処理領域１５に誘導的に結合されている。誘導コイル８０へのＲＦ電力の適用のための代表的な周波数は約１０ＭＨｚ乃至約１００ＭＨｚの範囲内であることが可能である。同様に、基板ホルダ２０（又は、下部電極）へのＲＦ電力の適用のための代表的な周波数は約０．１ＭＨｚ乃至約１００ＭＨｚの範囲内であることが可能である。更に、溝付きファラデーシールド（図示せず）は、誘導コイル８０とプラズマとの間の容量結合を減少させるように用いられることが可能である。更に、制御器９０は、誘導コイル８０への電力の適用を制御するように、ＲＦジェネレータ８２及びインピーダンス整合ネットワーク８４に結合されている。代替の実施形態においては、誘導コイル８０は、変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）リアクタにおけるように、上記からのプラズマ処理領域１５との通信状態にある“螺旋状”コイル又は“パンケーキ状”コイルであることが可能である。誘導製結合プラズマ（ＩＰＣ）源又は変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）源のデザイン及び実施については、当業者に知られている。
【００３８】
代替として、プラズマは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いて生成されることが可能である。他の実施形態においては、プラズマは、ヘリコン波を出射することにより生成される。他の実施形態においては、プラズマは、伝搬する表面波により生成される。上記の各々のプラズマ源については、当業者に知られている。
【００３９】
図７に示している実施形態においては、プラズマ処理システム１ｅは、例えば、図３、４及び５の実施形態に類似していて、他の任意のインピーダンス整合ネットワーク４６を介して基板ホルダ２０にＲＦ電力を結合させる第２ＲＦジェネレータ４４を更に有することが可能である。基板ホルダ２０へのＲＦ電力の適用のための代表的な周波数は、第１ＲＦジェネレータ４０、第２ＲＦジェネレータ又はそれらの両方について、約０．１ＭＨｚ乃至約２００ＭＨｚの範囲内であることが可能である。第２ＲＦジェネレータ４４についてのＲＦ周波数は、第１ＲＦジェネレータ４０についてのＲＦ周波数に比べて比較的高いことが可能である。更に、ＲＦジェネレータ４０から基板ホルダ２０へのＲＦ電力は振幅変調されることが可能であり、ＲＦジェネレータ４４から基板ホルダ２０へのＲＦ電力は振幅変調されることが可能であり、又は両方のＲＦ電力が振幅変調されることが可能である。例えば、より高いＲＦ周波数におけるＲＦ電力が振幅変調される。更に、制御器９０は、基板ホルダ２０へのＲＦ電力の適用を制御するように、第２ＲＦジェネレータ４４及びインピーダンス整合ネットワーク４６に結合されている。基板ホルダについてのＲＦシステムのデザイン及び実施については、当業者に知られている。
【００４０】
以下の説明においては、プラズマ処理装置を用いて金属窒化物層をエッチングする方法について説明する。例えば、プラズマ処理装置は、図２乃至７及びそれら組み合わせにおいて説明しているように、種々の要素を有することが可能である。
【００４１】
一実施形態においては、チタン窒化物層のような金属窒化物層をエッチングする方法は、ハロゲン含有ガスを有する処理成分及び化学式Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚを有するフルオロカーボンガスを用いる段階を有し、ここで、ｘ及びｚは１に等しく、ｙは０に等しいか又は０より大きい。ハロゲン含有ガスは、例えば、Ｃｌ_２、ＨＢｒ、Ｂｃｌ_３又はそれらの２つ又はそれ以上の組み合わせを有することが可能である。更に、例えば、フルオロカーボンガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２又はそれらの２つ又はそれ以上の組み合わせを有することが可能である。処理成分は、希ガス（例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）のような不活性ガスを更に有することが可能である。
【００４２】
例えば、処理空間は、約５乃至約１０００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を有することが可能であり、ハロゲン含有ガスの処理ガス流量は約１乃至約５００ｓｃｃｍの範囲内であり、フルオロカーボン（Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚ）の処理ガス流量は約１乃至約５００ｓｃｃｍの範囲内であり、任意の不活性処理ガスの流量は約０乃至約５００ｓｃｃｍの範囲内であり、上部電極（ＵＥＬ）（例えば、図５の要素５２）のＲＦバイアスは約０乃至約２０００Ｗの範囲内であり、そして、下部電極（ＬＥＬ）（例えば、図５の要素２０）のＲＦバイアスは約１０乃至約１０００Ｗの範囲内である。また、上部電極バイアス周波数は、約０．１ＭＨｚ乃至約２００ＭＨｚの範囲内、例えば、約６０ＭＨｚであることが可能である。更に、下部電極のバイアス周波数は、約０．１ＭＨｚ乃至約１００ＭＨｚの範囲内、例えば、２ＭＨｚであることが可能である。
【００４３】
一実施形態においては、図５に示すプラズマ処理装置のようなプラズマ処理装置を用いるチタン窒化物層をエッチングする方法が提供される。しかしながら、説明している方法は、この例示としての説明により範囲を限定されるものではない。Ｃｌ_２及びＣＦ_４を有する処理成分を用いることにおいて、図８Ａは、全流量（即ち、Ｃｌ_２の流量及びＣＦ_４の流量）に対するＣｌ_２の量への、チタン窒化物とポリシリコンとの間のエッチング選択性（即ち、ポリシリコンのエッチング速度に対するチタン窒化物のエッチング速度の比）依存性について示している。約６５％乃至１００％の範囲内のＣｌ_２の相対的量について、各々のエッチング選択性は、Ｃｌ_２の相対的量が減少する（ＣＦ_４が増加する）につれて、１より僅かに大きい値の方に僅かに高くなる。
【００４４】
相対的流量は例外として、図８Ａについての残りの処理条件は、上部電極（ＵＥＬ）のＲＦ電力（Ｗ）は約２００Ｗであり、下部電極（ＬＥＬ）のＲＦ電力（Ｗ）は約２５Ｗであり、圧力（ｐ；ｍＴｏｒｒ）は約１０ｍＴｏｒｒであり、基板温度（Ｔ；℃）は約２００℃であるように、一定に維持される。
【００４５】
他の実施例においては、図５に示すプラズマ処理装置のようなプラズマ処理装置を用いるチタン窒化物層のエッチング方法が提供される。しかしながら、説明している方法は、この例示としての説明により制限されるものではない。ＨＢｒ又はＣｌ_２及びＣＨＦ_３を有する処理成分を用いることにおいて、図８Ｂは、全流量（即ち、ＢＣｌ_３の流量及びＣＨＦ_３の流量）に対するＢＣｌ_３の量（図８Ｂにおける三角形を参照されたい）への、全流量（即ち、ＨＢｒの流量及びＣＨＦ_３の流量）に対するＨＢｒの量（図８Ｂにおける四角形を参照されたい）への、そして全流量（即ち、Ｃｌ_２の流量及びＣＨＦ_３の流量）に対するＣｌ_２の量（図８Ｂにおける円形を参照されたい）へのチタン窒化物とポリシリコンとの間のエッチング選択性（即ち、ポリシリコンのエッチング速度に対するチタン窒化物のエッチング速度の比）依存性を示している。図８Ｂは、チタン窒化物とポリシリコンとの間のエッチング選択性における最も大きい改善がＢＣｌ_３及びＣＨＦ_３を有する処理成分を使用することにより得られることを示している。例えば、ＢＣｌ_３の相対量が約１００％から約８０％まで減少する（ＣＨＦ_３の相対量は増加する）につれて、各々のエッチング選択性は、約２．２の値から約３．６の値まで高くなる（小さい値に対して約６５％高くなる）。それ故、金属窒化物層と多結晶シリコン層との間のエッチング選択性は、約３対１に等しいか又はそれより大きくなることが可能である。Ｃｌ_２又はＨＢｒが用いられるとき、選択性は変化する。しかしながら、選択性における変化はあまり目立たない。
【００４６】
相対的流量は例外として、図８Ｂについての残りの処理条件は、上部電極（ＵＥＬ）のＲＦ電力（Ｗ）は約２００Ｗであり、下部電極（ＬＥＬ）のＲＦ電力（Ｗ）は約２５Ｗであり、圧力（ｐ；ｍＴｏｒｒ）は約１０ｍＴｏｒｒであり、基板温度（Ｔ；℃）は約２００℃であるように、一定に維持される。
【００４７】
ここで、図８Ｃを参照するに、チタン窒化物（ＴｉＮ）、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）及び（熱）シリコン酸化物（Ｔｈ−ｏｘ）のエッチング速度（Ａ／ｍｉｎ）が、Ｃｌ_２及びＣＨＦ_３を用いる処理成分について与えられる。Ｃｌ_２の相対量が約１００％から約８０％に減少する（ＣＨＦ_３の相対量は増加する）につれて、ＴｉＮのエッチング速度はかなり大きくなる一方、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）及び（熱）シリコン酸化物（Ｔｈ−ｏｘ）のエッチング速度は僅かな変化を示す。その結果、ポリシリコンに対するチタン窒化物のエッチング選択性（図８Ｄに示す）及びシリコン酸化物に対するチタン窒化物のエッチング選択性（図８Ｄに示す）は、Ｃｌ_２の相対量における減少（ＣＨＦ_３の相対量における増加）につれて、増加する。
【００４８】
上記の処理条件の各々についての他の処理条件は、ＵＥＬ温度（例えば、図５における電極５２）は約８０℃であり、チャンバ壁温度は約５０℃であることを含む。
【００４９】
図９は、他の実施形態にしたがったプラズマ処理システムにおける基板における金属窒化物層のエッチング方法についてのフローチャートである。手法４００は、プラズマ処理システムにおいて金属窒化物層を有する基板を備える段階（４１０）から開始される。金属窒化物層は、例えば、チタン窒化物層を有することが可能である。プラズマ処理システムは、例えば、図２乃至７に示しているシステムの何れか又はそれらの組み合わせを有することが可能である。
【００５０】
ボックス４２０においては、基板温度は処理温度に対して高くされる。基板温度は、約３０℃又はそれ以上、温度を高くされることが可能である。代替として、基板温度は、約５０℃又はそれ以上、温度を高くされることが可能である。代替として、基板温度は、約７０℃又はそれ以上、温度を高くされることが可能である。代替として、基板温度は、約１００℃又はそれ以上、温度を高くされる、更に約２００℃又はそれ以上、温度を高くされることが可能である。例えば、基板温度は、約５０℃乃至約２５０℃の範囲内であることが可能であり、約５０℃乃至約１００℃の範囲内であることが可能である。
【００５１】
ボックス４３０においては、ハロゲン含有ガス及び化学式Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚを有するフルオロカーボン含有ガスを有する処理成分であって、ここで、ｘ及びｚは１に等しく、ｙは０に等しいか又は０より大きい、処理成分がプラズマ処理システムに導入される。例えば、ハロゲン含有ガスはＣｌ_２、ＨＢｒ、ＢＣｌ_３又はそれらの２つ又はそれ以上を有する。更に、例えば、フルオロカーボン含有ガスはＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２又はそれらの２つ又はそれ以上を有する。処理成分は、希ガス（例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）のような不活性ガスを更に有することが可能である。
【００５２】
ボックス４４０においては、プラズマは、プラズマ処理システムにおいて処理成分から生成される。
【００５３】
ボックス４５０においては、金属窒化物層を有する基板は、金属窒化物層のパターニングエッチングを行うように、ボックス４４０において生成されたプラズマに対して晒される。
【００５４】
本発明の特定の実施形態のみについて上で詳述しているが、当業者は、本発明の新規な教示及び有利点から実質的に逸脱することなく、多くの変形が実施形態において可能であることが容易に理解できるであろう。それ故、それらの変形全てが、本発明の範囲内に網羅されるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１Ａ】実施形態にしたがって積層膜をパターンエッチングする手法についての模式図である。
【図１Ｂ】実施形態にしたがって積層膜をパターンエッチングする手法についての模式図である。
【図１Ｃ】実施形態にしたがって積層膜をパターンエッチングする手法についての模式図である。
【図２】他の実施形態にしたがったプラズマ処理システムの模式図である。
【図３】他の実施形態にしたがったプラズマ処理システムの模式図である。
【図４】他の実施形態にしたがったプラズマ処理システムの模式図である。
【図５】他の実施形態にしたがったプラズマ処理システムの模式図である。
【図６】他の実施形態にしたがったプラズマ処理システムの模式図である。
【図７】他の実施形態にしたがったプラズマ処理システムの模式図である。
【図８Ａ】金属窒化物層をエッチングする例示としてのデータを示す図である。
【図８Ｂ】金属窒化物層をエッチングする例示としてのデータを示す図である。
【図８Ｃ】金属窒化物層をエッチングする例示としてのデータを示す図である。
【図８Ｄ】金属窒化物層をエッチングする例示としてのデータを示す図である。
【図８Ｅ】金属窒化物層をエッチングする例示としてのデータを示す図である。
【図９】実施形態にしたがったプラズマ処理システムにおける基板の金属窒化物層をエッチングする方法を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１プラズマ処理システム
１ａプラズマ処理システム
１０プラズマ処理チャンバ
１２診断システム
１４制御器
１５処理空間
２０基板ホルダ
４０第１ＲＦジェネレータ
４２インピーダンス整合ネットワーク
４４第２ＲＦジェネレータ
４６インピーダンス整合ネットワーク
５０直流電源
５２上部電極
７０ＲＦジェネレータ
９０制御器
１００積層膜
１１０基板
１２０界面層
１３０誘電体層
１４０金属含有層
１５０ポリシリコン層
１６０ハードマスク層
１７０反射防止コーティング（ＡＲＣ）層
１８０マスク層

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板において金属含有層をエッチングする方法であって：
プラズマ処理システムにおいて金属窒化物層を有する前記基板を備える段階；
前記基板の温度を約３０℃以上高くする段階；
前記プラズマ処理システムにハロゲン含有ガス及びフルオロカーボンガスを有する処理成分を導入する段階であって、前記フルオロカーボンガスは化学式Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚを有し、ここで、ｘ及びｚは１に等しいか又は１より大きく、ｙは０に等しいか又は０より大きい、段階；
前記プラズマ処理システムにおいて前記処理成分からプラズマを生成する段階；並びに
前記金属窒化物層をエッチングするように前記プラズマに前記基板を晒す段階；
を有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記基板を備える前記段階は、チタン窒化物層を有する基板を備える段階を更に有する、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記処理成分を導入する前記段階は、不活性ガスを導入する段階を更に有する、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記不活性ガスを導入する前記段階は、貴ガスを導入する段階を有する、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記ハロゲン含有ガスを導入する前記段階は、Ｃｌ_２、ＨＢｒ、ＢＣｌ_２若しくはそれらの２つ又はそれ以上を導入する段階を有する、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記フルオロカーボンガスを導入する前記段階は、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２若しくはそれらの２つ又はそれ以上を導入する段階を有する、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記処理成分を導入する前記段階は、Ｃｌ_２、ＨＢｒ、ＢＣｌ_２若しくはそれらの２つ又はそれ以上、及びＣＨＦ_３を導入する段階を有する、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記処理成分を導入する前記段階は、ＢＣｌ_３及びＣＨＦ_３を導入する段階を有する、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、基板を備える前記段階は、前記金属窒化物層の下にハフニウム含有層を有する基板を備える段階を有する、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、ハフニウム含有層を有する基板を備える前記段階は、前記ハフニウム含有層の下にＳｉＯ_２層を有する基板を備える段階を有する、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、基板を備える前記段階は、前記金属窒化物層の上にポリシリコン層を有する基板を備える段階を有する、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記処理成分を導入する前記段階は、ＢＣｌ_３及びＣＨＦ_３を導入する段階であって、前記ＢＣｌ_３及びＣＨＦ_３間の流量比は約５０％乃至約９５％の範囲内にある、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、前記処理成分を導入する前記段階は、ＢＣｌ_３及びＣＨＦ_３を導入する段階であって、前記ＢＣｌ_３及びＣＨＦ_３間の流量比は約７５％乃至約８５％の範囲内にある、方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法であって、前記処理成分を導入する前記段階は、ＢＣｌ_３及びＣＨＦ_３を導入する段階であって、パターンのエッチングを容易にするように前記プラズマに前記基板を晒す段階は、前記金属窒化物層と、約３乃至１に等しい又は約３乃至１より大きい前記多結晶シリコン層との間のエッチング選択性を得る段階を有する。方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、前記温度を高くする段階は、約３０℃及びそれ以上に前記温度を高くする段階を有する、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、前記温度を高くする段階は、約５０℃及びそれ以上に前記温度を高くする段階を有する、方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、前記プラズマを生成する段階は、前記プラズマに電力を容量結合する段階、前記プラズマに誘導結合する段階、又はそれら両方を行う段階を有する、方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法であって、前記プラズマを生成する段階は、前記基板が置かれている基板ホルダに高周波（ＲＦ）電力を結合する段階を有する、方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であって、前記プラズマを生成する段階は、前記基板が置かれている基板ホルダに対向して位置付けられている電極に高周波（ＲＦ）電力を結合する段階を有する、方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であって、前記基板は、前記金属窒化物層の上のパターンを規定するマスク層を有し、前記基板を晒す前記段階は前記パターンを前記金属窒化物層に対してエッチングにより形成する段階を有する、方法。
【請求項２１】
基板において金属窒化物層をエッチングするプラズマ処理システムであって：
前記金属窒化物層をエッチングするように、プラズマの生成を容易にするプラズマ処理チャンバ；
前記プラズマ処理チャンバに結合され、前記プラズマ処理チャンバにＢＣｌ_３を導入するようになっている第１ガス供給システム；
前記プラズマ処理チャンバに結合され、前記プラズマ処理システムにフルオロカーボンガスを導入するようになっている第２ガス供給システム；及び
前記プラズマ処理チャンバに結合されている制御器であって、前記第１ガス供給システム及び前記第２ガス供給システムは、
前記プラズマ処理チャンバにＢＣｌ_３を前記プラズマ処理チャンバに導入する段階であって、化学式Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚを有する前記フルオロカーボンガスを導入する段階であり、ここで、ｘ及びｚは１に等しいか又は１より大きく、ｙは０に等しいか又は０より大きく、前記制御器は所定の流量で前記ＢＣｌ_３及びフルオロカーボンガスを導入する、段階；
を有するプラズマ処理システム。

【図１Ａ】