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(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】6557490
(24)【登録日】2019年7月19日
(45)【発行日】2019年8月7日
(54)【発明の名称】不揮発性金属材料のエッチング方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20190729BHJP
H01L 43/12 20060101ALI20190729BHJP
H01L 43/08 20060101ALI20190729BHJP
H01L 21/8239 20060101ALI20190729BHJP
H01L 27/105 20060101ALI20190729BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
H01L21/302 104C
H01L43/12
H01L43/08 Z
H01L27/105 447
【請求項の数】19
【外国語出願】
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2015-63656(P2015-63656)
(22)【出願日】2015年3月26日
(65)【公開番号】特開2015-192150(P2015-192150A)
(43)【公開日】2015年11月2日
【審査請求日】2018年3月23日
(31)【優先権主張番号】61/971,032
(32)【優先日】2014年3月27日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】14/325,911
(32)【優先日】2014年7月8日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】592010081
【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】メイファ・シェン
(72)【発明者】
【氏名】ハーミート・シン
(72)【発明者】
【氏名】サマンサ・エス．・エイチ．・タン
(72)【発明者】
【氏名】ジェフリー・マークス
(72)【発明者】
【氏名】トルステン・リル
(72)【発明者】
【氏名】リチャード・ピー．・ジャネク
(72)【発明者】
【氏名】ウェンビン・ヤン
(72)【発明者】
【氏名】プリス・シャーマ
【審査官】
長谷川 直也
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２００５／０２２４４５６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開平０４−２０８５２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１４−０２２７５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−０３３９９６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／３０２、２１／３０６５、２１／４６１、２１／８２４６、
２７／１０５、２７／２２、２９／８２、４３／００−４３／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
１または複数のサイクルで、少なくとも１つの金属層を含むスタックをエッチングする方法であって、各サイクルは、
前記少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と、
１または複数のサイクルを提供する反応ステップを実行する工程であって、各サイクルは、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程と、
有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程と、を含む、工程と、
を備える、方法。
前記少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と、
１または複数のサイクルを提供する反応ステップを実行する工程であって、各サイクルは、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程と、
有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程と、を含む、工程と、
を備える、方法。
【請求項2】
請求項１に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの金属層は、パターニングされたマスクの下に配置される、方法。
前記少なくとも１つの金属層は、パターニングされたマスクの下に配置される、方法。
【請求項3】
請求項２に記載の方法であって、
前記パターニングされたマスクは、パターニングされた金属トンネル接合スタックを含む、方法。
前記パターニングされたマスクは、パターニングされた金属トンネル接合スタックを含む、方法。
【請求項4】
１または複数のサイクルで、少なくとも１つの金属層を含むスタックをエッチングする方法であって、各サイクルは、
前記少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と、
反応ステップであって、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、もしくは、金属酸化物状態を形成する工程、または、
有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程、を含む、反応ステップを実行する工程と、
を備え、
前記有機溶媒蒸気は、アルコールおよび炭化水素のうちの少なくとも１つを含み、
前記有機リガンド溶媒は、酢酸、アミド、アミジナート、アリル、エチレン、アセチレン、および、シクロペンダジエニルのうちの少なくとも１つを含む、方法。
前記少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と、
反応ステップであって、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、もしくは、金属酸化物状態を形成する工程、または、
有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程、を含む、反応ステップを実行する工程と、
を備え、
前記有機溶媒蒸気は、アルコールおよび炭化水素のうちの少なくとも１つを含み、
前記有機リガンド溶媒は、酢酸、アミド、アミジナート、アリル、エチレン、アセチレン、および、シクロペンダジエニルのうちの少なくとも１つを含む、方法。
【請求項5】
１または複数のサイクルで、少なくとも１つの金属層を含むスタックをエッチングする方法であって、各サイクルは、
前記少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、もしくは、金属酸化物状態を形成する工程を含む反応ステップを実行する工程と、
を備える、方法。
前記少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、もしくは、金属酸化物状態を形成する工程を含む反応ステップを実行する工程と、
を備える、方法。
【請求項6】
１または複数のサイクルで、少なくとも１つの金属層を含むスタックをエッチングする方法であって、各サイクルは、
前記少なくとも１つの金属層の一部を金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と、
有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する反応ステップを実行する工程と、
を備える、方法。
前記少なくとも１つの金属層の一部を金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と、
有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する反応ステップを実行する工程と、
を備える、方法。
【請求項7】
請求項１，２，４，５，６のいずれか一項に記載の方法であって、
さらに、パターニングされたマスクを形成する工程を備え、前記パターニングされたマスクを形成する工程は、
イオンビームエッチングまたは反応性イオンエッチングで、前記スタックの上に形成された磁気トンネル接合層をエッチングする工程と、
前記磁気トンネル接合層の上にスペーサ層を形成する工程と、
前記スペーサ層を開く工程と、
を含む、方法。
さらに、パターニングされたマスクを形成する工程を備え、前記パターニングされたマスクを形成する工程は、
イオンビームエッチングまたは反応性イオンエッチングで、前記スタックの上に形成された磁気トンネル接合層をエッチングする工程と、
前記磁気トンネル接合層の上にスペーサ層を形成する工程と、
前記スペーサ層を開く工程と、
を含む、方法。
【請求項8】
請求項１，４，６のいずれか一項に記載の方法であって、
さらに、前記揮発性有機金属化合物の脱着を実行する工程を含む、方法。
さらに、前記揮発性有機金属化合物の脱着を実行する工程を含む、方法。
【請求項9】
マスクの下に配置されたトンネル層の下に配置された少なくとも１つの金属層を含むＭＲＡＭスタックをエッチングする方法であって、
前記トンネル層をエッチングする工程と、
前記エッチングされたトンネル層の上にスペーサ層を形成する工程と、
前記スペーサ層を開く工程と、
１または複数のサイクルで、前記少なくとも１つの金属層をエッチングする工程と、
を備え、
各サイクルは、
前記少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と、
１または複数のサイクルを提供する反応ステップを実行する工程であって、各サイクルは、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程と、
有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程と、を含む、工程と、
を含む、方法。
前記トンネル層をエッチングする工程と、
前記エッチングされたトンネル層の上にスペーサ層を形成する工程と、
前記スペーサ層を開く工程と、
１または複数のサイクルで、前記少なくとも１つの金属層をエッチングする工程と、
を備え、
各サイクルは、
前記少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と、
１または複数のサイクルを提供する反応ステップを実行する工程であって、各サイクルは、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程と、
有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程と、を含む、工程と、
を含む、方法。
【請求項10】
請求項９に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの金属層をエッチングする前記工程の前記各サイクルは、
さらに、前記揮発性有機金属化合物の脱着を実行する工程を含む、方法。
前記少なくとも１つの金属層をエッチングする前記工程の前記各サイクルは、
さらに、前記揮発性有機金属化合物の脱着を実行する工程を含む、方法。
【請求項11】
請求項９に記載の方法であって、
前記トンネル層をエッチングする工程は、イオンビームエッチングまたは反応性イオンエッチングの少なくとも一方を含む、方法。
前記トンネル層をエッチングする工程は、イオンビームエッチングまたは反応性イオンエッチングの少なくとも一方を含む、方法。
【請求項12】
請求項８または１０に記載の方法であって、
前記脱着を実行する工程は、前記有機金属化合物を加熱する工程を含む、方法。
前記脱着を実行する工程は、前記有機金属化合物を加熱する工程を含む、方法。
【請求項13】
請求項１２に記載の方法であって、
前記有機金属化合物を加熱する工程は、前記有機金属化合物を直接加熱するために放射熱を供給する工程を含む、方法。
前記有機金属化合物を加熱する工程は、前記有機金属化合物を直接加熱するために放射熱を供給する工程を含む、方法。
【請求項14】
請求項１または９に記載の方法であって、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程、ならびに、有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程は、順次実行される、方法。
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程、ならびに、有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程は、順次実行される、方法。
【請求項15】
請求項１または９に記載の方法であって、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程、ならびに、有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程は、同時に実行される、方法。
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程、ならびに、有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程は、同時に実行される、方法。
【請求項16】
請求項１または９に記載の方法であって、
前記有機溶媒蒸気は、アルコール、アミン、または、炭化水素の内の少なくとも１つを含む、方法。
前記有機溶媒蒸気は、アルコール、アミン、または、炭化水素の内の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項17】
請求項１または９に記載の方法であって、
前記有機リガンド溶媒は、アセチルアセトネート（ａｃａｃ）族、酢酸、アミド、アミジナート、アリル、エチレン、アセチレン、および、シクロペンダジエニルの内の少なくとも１つを含む、方法。
前記有機リガンド溶媒は、アセチルアセトネート（ａｃａｃ）族、酢酸、アミド、アミジナート、アリル、エチレン、アセチレン、および、シクロペンダジエニルの内の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項18】
請求項５に記載の方法であって、
前記有機溶媒蒸気は、アルコールおよび炭化水素のうちの少なくとも１つを含む、方法。
前記有機溶媒蒸気は、アルコールおよび炭化水素のうちの少なくとも１つを含む、方法。
【請求項19】
請求項６に記載の方法であって、
前記有機リガンド溶媒は、酢酸、アミド、アミジナート、アリル、エチレン、アセチレン、および、シクロペンダジエニルのうちの少なくとも１つを含む、方法。
前記有機リガンド溶媒は、酢酸、アミド、アミジナート、アリル、エチレン、アセチレン、および、シクロペンダジエニルのうちの少なくとも１つを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[関連出願への相互参照]本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０１４年３月２７日出願の米国仮特許出願第６１／９７１，０３２号「ＭＥＴＨＯＤＳ ＴＯ ＥＴＣＨ ＡＮＤ ＴＯ ＲＥＭＯＶＥ ＰＯＳＴ ＥＴＣＨ ＭＥＴＡＬＬＩＣ ＲＥＳＩＤＵＥ」の優先権を主張し、この仮出願は、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。
【0002】
本発明は、半導体デバイス生産中のマスクを通した不揮発性材料層のエッチングに関し、特に、金属層のエッチングに関する。
【背景技術】
【0003】
半導体ウエハ処理の際に、金属層を通してフィーチャがエッチングされうる。磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）または抵抗ランダムアクセスメモリ（ＲＲＡＭ（登録商標））デバイスの形成では、複数の金属薄層または薄膜が順にエッチングされうる。ＭＲＡＭについては、金属トンネル接合スタックを形成するために、複数の金属薄層が用いられうる。
【0004】
従来の反応性イオンエッチャ（ＲＩＥ）内でＭＲＡＭなどの不揮発性金属材料をパターニングすることは、エッチング副生成物の揮発性が低いために困難である。不揮発性の側壁パッシベーションが、磁気トンネル接合領域でのデバイス短絡と、電気的性能の低下とを引き起こしうる。側壁を洗浄して材料の完全性を維持するために、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）が、ＭＲＡＭのパターニングに用いられてきた。しかしながら、ＩＢＥは、高いパターン密度を有する先進技術ノードについてはアスペクト比（＜２：１）によって制限を受ける。
【発明の概要】
【0005】
上述の課題を解決するために、本発明の目的に従って、１または複数のサイクルで、少なくとも１つの金属層を含むスタックをエッチングする方法が提供されている。少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップが実行される。１または複数のサイクルを提供する反応ステップが実行され、各サイクルは、有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程と、有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程と、を含む。揮発性有機金属化合物の脱着が実行される。
【0006】
本発明の別の態様では、マスクの下に配置されたトンネル層の下に配置された少なくとも１つの金属層を含むＭＲＡＭスタックをエッチングする方法が提供されている。トンネル層がエッチングされる。スペーサ層が、エッチングされたトンネル層の上に形成される。スペーサ層が開かれる。少なくとも１つの金属層は、１または複数のサイクルでエッチングされ、各サイクルは：少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と；１または複数のサイクルを提供する反応ステップを実行する工程であって、各サイクルは、有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程と、有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程と、を含む、工程と；揮発性有機金属化合物の脱着を実行する工程と、を含む。
【0007】
添付の図面を参照しつつ行う本発明の詳細な説明において、本発明の上述の特徴およびその他の特徴を詳述する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
添付の図面では、限定ではなく例示を目的として本発明を図示する。なお、これらの添付図面においては、同様の構成要素には同様の符号が付されている。
【0009】
【図1】本発明の一実施形態のハイレベルフローチャート。
【0010】
【図2A】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す概略図。
【図2B】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す概略図。
【図2C】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す概略図。
【図2D】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す概略図。
【図2E】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す概略図。
【図2F】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す概略図。
【図2G】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す概略図。
【図2H】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す概略図。
【0011】
【図3】エッチングに利用可能なエッチングリアクタを示す概略図。
【0012】
【図4】本発明の実施形態で用いられるコントローラの実施に適したコンピュータシステムを示す図。
【0013】
【図5】反応ステップを示す詳細なフローチャート。
【0014】
【図6A】本発明の一実施形態に従って処理されたＭＲＡＭスタックを示す概略図。
【図6B】本発明の一実施形態に従って処理されたＭＲＡＭスタックを示す概略図。
【図6C】本発明の一実施形態に従って処理されたＭＲＡＭスタックを示す概略図。
【図6D】本発明の一実施形態に従って処理されたＭＲＡＭスタックを示す概略図。
【図6E】本発明の一実施形態に従って処理されたＭＲＡＭスタックを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下では、添付図面に例示されたいくつかの好ましい実施形態を参照しつつ、本発明の詳細な説明を行う。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理工程および／または構造については、詳細な説明を省略した。
【0016】
理解しやすいように、本発明の一実施形態で利用される処理を示すハイレベルフローチャートを図１に示す。少なくとも１つの金属含有層を含むスタックを備えた基板が準備される（ステップ１０４）。開始ステップが提供される（ステップ１０８）。反応ステップが提供される（ステップ１１２）。脱着ステップが提供される（ステップ１１６）。
【0017】
例本発明の好ましい実施形態の一例において、少なくとも１つの金属層を含むスタックを備えた基板が準備される（ステップ１０４）。図２Ａは、基板２０４上のスタック２００を示す断面図である。スタック２００は、マスク２１２の下に配置された少なくとも１つの金属層２０８を備える。少なくとも１つの金属層２０８は、１または複数の金属層を非金属層と共に備えてよい。さらに、１または複数の層が、基板２０４と少なくとも１つの金属層２０８との間に配置されてもよい。さらに、１または複数の層が、少なくとも１つの金属層２０８とマスク２１２との間に配置されてもよい。この例において、少なくとも１つの金属層２０８は、ＭＲＡＭ薄膜スタック内の固定磁性層であるプラチナマンガン（ＰｔＭｎ）またはＣｏＰｔ／ＣｏＰｄ層の下の下部電極層としてのタンタルである。
【0018】
一実施形態では、すべての処理が、１つのプラズマエッチングチャンバ内で実行されてよい。図３は、かかる実施形態を実行する際に利用できるエッチングリアクタを示す概略図である。本発明の１または複数の実施形態では、エッチングリアクタ３００が、チャンバ壁３５０によって囲まれたエッチングチャンバ３４９内に、ガス流入口を提供するガス分配プレート３０６と、チャック３０８とを備える。エッチングチャンバ３４９内では、スタックを上に形成された基板２０４が、チャック３０８の上に配置されている。チャック３０８は、基板３０４を保持するための静電チャック（ＥＳＣ）としてＥＳＣ源３４８からバイアスを提供してもよいし、別のチャック力を用いて基板２０４を保持してもよい。熱源３１０（加熱ランプなど）が、金属層を加熱するために設けられている。イオン源３２４、溶媒気化器３２６、および、リガンド気化器３２８が、分配プレート３０６を通してエッチングチャンバ３４９に接続されている。リガンド源３２７が、リガンド気化器３２８に接続されている。溶媒源３２５が、溶媒気化器３２６に接続されている。ＥＳＣ温度コントローラが、チャック３０８に接続されており、チャック３０８の温度制御を実行する。
【0019】
図４は、本発明の実施形態で用いられるコントローラ３３５を実装するのに適切なコンピュータシステム４００を示すハイレベルブロック図である。コンピュータシステムは、集積回路、プリント基板、および、小型携帯デバイスから大型スーパコンピュータまで、多くの物理的形態を有してよい。コンピュータシステム４００は、１または複数のプロセッサ４０２を備えており、さらに、電子表示デバイス４０４（画像、テキスト、および、その他のデータを表示するためのもの）と、メインメモリ４０６（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、ストレージデバイス４０８（例えば、ハードディスクドライブ）と、リムーバブルストレージデバイス４１０（例えば、光学ディスクドライブ）と、ユーザインターフェースデバイス４１２（例えば、キーボード、タッチスクリーン、キーパッド、マウス、または、その他のポインティングデバイスなど）と、通信インターフェース４１４（例えば、無線ネットワークインターフェース）と、を備えてもよい。通信インターフェース４１４は、リンクを介してコンピュータシステム４００および外部デバイスの間でソフトウェアおよびデータを転送することを可能にする。システムは、さらに、上述のデバイス／モジュールが接続される通信インフラ４１６（例えば、通信バス、クロスオーバーバー、または、ネットワーク）を備えてもよい。
【0020】
通信インターフェース４１４を介して転送される情報は、電子信号、電磁信号、光信号、または、信号を搬送する通信リンクを介して通信インターフェース４１４によって受信できるその他の信号など、信号の形態であってよく、電線すなわちケーブル、光ファイバ、電話回線、携帯電話リンク、無線周波リンク、および／または、通信チャネルを用いて実施されてよい。かかる通信インターフェースを用いて、１または複数のプロセッサ４０２は、上述の方法のステップを実行する際に、ネットワークから情報を受信、または、ネットワークに情報を出力しうることが想定される。さらに、本発明の方法の実施形態は、プロセッサだけで実行されてもよいし、インターネットなどのネットワークを介して、処理の一部を分担する遠隔プロセッサと協働で実行されてもよい。
【0021】
「非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体」という用語は、一般に、メインメモリ、二次メモリ、リムーバブルストレージ、および、ストレージデバイスなどのメディア（ハードディスク、フラッシュメモリ、ディスクドライブメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、および、その他の形態の持続性メモリなど）を指すために用いられ、搬送波または信号など、一時的な対象を網羅すると解釈されるべきではない。コンピュータコードの例としては、コンパイラによって生成されたコードなどのマシンコードや、インタープリタを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含むファイルが挙げられる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、搬送波で具現化されたコンピュータデータ信号によって転送されると共にプロセッサが実行可能な一連の命令を表すコンピュータコードであってもよい。
【0022】
開始ステップが提供される（ステップ１０８）。開始ステップは、反応サイトが、少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換することを開始する。この実施形態において、開始ステップは、イオン束またはイオンビームを用いて、少なくとも１つの金属層２０８の一部を、金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換することによって提供される。この例では、マスクによって覆われていない薄膜を酸化するために、酸素プラズマまたはＩＢＥによるイオンビームが、ウエハ表面に適用されてよい。別の例において、塩素プラズマまたは低エネルギ不活性ガスプラズマイオンが適用されてもよい。図２Ｂは、開始ステップ（ステップ１０８）が提供された後のスタック２００を示す断面図である。少なくとも１つの金属層２０８のマスクされていない表面層が、イオン束またはイオンビームに暴露され、改質金属サイト２１６に変換される。この例において、改質金属サイト２１６は、金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換された金属である。この例では、イオンが、イオン源３２４からエッチングチャンバ３４９内に供給される。
【0023】
反応ステップが提供される（ステップ１１２）。図５は、本発明の一実施形態において提供される反応ステップ（ステップ１１２）を提供する詳細なフローチャートである。この実施形態において、反応ステップ（ステップ１１２）は、改質金属サイト溶媒和ステップ（ステップ５０４）と、リガンド錯体形成ステップ（ステップ５０８）とを備える。この実施形態において、改質金属サイト溶媒和ステップ（ステップ５０４）は、改質金属サイトに溶媒和金属を形成する。この実施形態において、改質金属サイトは、溶媒蒸気に暴露される。溶媒源３２５が、溶媒気化器３２６に溶媒を供給し、溶媒気化器３２６は、溶媒を気化させて、溶媒蒸気をエッチングチャンバ３４９に供給する。かかる溶媒は、アルコール、アミン、または、炭化水素であってよい。かかる溶媒は、極性であっても非極性であってもよく、塩基性であっても酸性であってもよい。溶媒和金属の提供は、金属電子を局在化させ有機リガンドの付着を容易にするのに役立つ。この実施形態において、リガンド錯体形成ステップ（ステップ５０８）は、溶媒和金属を有機金属化合物に変換するリガンド蒸気を提供する。リガンド源３２７が、リガンド気化器３２８にリガンドを供給し、リガンド気化器３２８は、リガンドを気化させて、リガンド蒸気をエッチングチャンバ３４９に供給する。この例において、リガンド蒸気は、有機リガンドを提供する。リガンド錯体を形成するために利用できる有機リガンドは、アセチルアセトネート（ａｃａｃ）族（ビス（ａｃａｃ）−ＥＤＩＭなど）、酢酸、アミド、アミジナート（ｔＢｕＮＣ（Ｒ）Ｎｅｔ）、アリル、エチレン、アセチレン、および、シクロペンダジエニルを含んでよい。この実施形態において、改質金属サイト溶媒和ステップ（ステップ５０４）およびリガンド錯体形成ステップ（ステップ５０８）は、繰り返し複数回実行される。別の実施形態において、改質金属サイト溶媒和ステップおよびリガンド錯体形成ステップは、同時に実行されてもよい。これらのステップが同時に実行される場合、リガンド濃度は高くなければならない。図２Ｃは、反応ステップ（ステップ１１２）が提供された後のスタック２００を示す断面図である。改質金属サイトは、有機金属サイト２２０に変換されている。この実施形態において、ＥＳＣ温度コントローラ３５０が、チャック３０８を冷却するために用いられてよい。さらに、熱源３１０はオフであってよく、その結果、スタック２００は、蒸着を促進させるために、より低温に維持される。
【0024】
脱着ステップが提供される（ステップ１１６）。この実施形態において、有機金属サイト２２０は加熱され、有機金属材料の脱着を引き起こす。加熱は、基板２０４を保持するチャックを加熱することによって、または、有機金属サイト２２０を直接加熱する放射によって達成されてよい。この例において、熱源３１０は、有機金属サイト２２０への直接的な放射熱を利用してよい。ＥＳＣ温度コントローラ３５０が、チャック３０８を加熱するために用いられてよく、チャック３０８がスタック２００を加熱する。図２Ｄは、脱着ステップ（ステップ１１６）が提供された後のスタック２００を示す断面図である。 有機金属サイトは、脱着によって除去されており、部分的にエッチングされたサイト２２４が残されている。
【0025】
脱着ステップは、微調整されたイオンエネルギスパッタリングで実現することもできるので、有機金属化合物は分離されるが、リガンドは金属サイトから分離されない。
【0026】
少なくとも１つの金属層２０８は部分的にエッチングされているだけなので、サイクルは継続され（ステップ１２０）、開始ステップ（ステップ１０８）に戻る。上述したのと同じ開始ステップが用いられてもよいし、パラメータが変更されてもよい。図２Ｅは、開始ステップ（ステップ１０８）が提供された後のスタック２００を示す断面図である。少なくとも１つの金属層２０８のマスクされていない表面層が、イオン束またはイオンビームに暴露され、改質金属サイト２２８に変換される。
【0027】
反応ステップが提供される（ステップ１１２）。上述したのと同じ反応ステップが用いられてもよいし、パラメータが変更されてもよい。図２Ｆは、反応ステップ（ステップ１１２）が提供された後のスタック２００を示す断面図である。改質金属サイトは、有機金属サイト２３２に変換されている。
【0028】
脱着ステップが提供される（ステップ１１６）。この実施形態において、有機金属サイト２３２は加熱され、有機金属材料の脱着を引き起こす。上述したのと同じ脱着ステップが用いられてもよいし、パラメータが変更されてもよい。図２Ｇは、脱着ステップ（ステップ１１６）が提供された後のスタック２００を示す断面図である。有機金属サイトは、脱着によって除去されており、部分的にエッチングされたサイト２２４が残されている。
【0029】
サイクルは、エッチング処理が完了するまで継続される（ステップ１２０）。図２Ｈは、少なくとも１つの金属層２０８のエッチングが完了した後のスタック２００を示す断面図である。
【0030】
この実施形態では、プラズマを利用しないエッチング処理を提供している。別の実施形態では、開始ステップまたは脱着ステップ中にプラズマを用いてもよい。かかるプラズマは、プラズマ源からエッチングチャンバ３４９に供給された下流プラズマであってもよいし、その場（ｉｎ ｓｉｔｕ）で生成されてもよい。後者の場合、エッチングチャンバ３４９は、前駆体ガス源およびプラズマ励起システムを必要とする。別の実施形態では、開始ステップを提供するために、Ｏ２、ＣＯＳ、または、ＣＨ３ＯＨのイオン束が用いられてもよい。別の実施形態では、開始ステップを提供するために、Ｈ２Ｏ２、ＨＣｌＯ、Ｏ３、ＳＯＣｌ２、ＮＨ４ＯＨ、ＨＣＨＯ、または、ＣＨ３ＣＯＯＨから生成された蒸気が用いられてもよい。別の実施形態では、反応速度を高めるために、触媒が反応ステップ中に用いられてもよい。
【0031】
図６Ａは、本発明の別の実施形態で用いられるスタック６００を示す概略断面図である。このスタック６００では、層間誘電体層（ＩＬＤ）６０４が、基板（図示せず）上に配置されている。下部電極６０８が、ＩＬＤ６０４の上に形成されている。この実施形態において、下部電極６０８は、Ｔａ、Ｔｉ、または、Ｗから形成されている。別の実施形態では、その他の同様な金属が、下部電極６０８に用いられてもよい。下部不揮発性金属（ＮＶＭ）（ピンド層）層６１２が、下部電極６０８上に形成されている。この実施形態において、下部ＮＶＭ層は、ＭｎＰｔ、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｄ、または、ＣｏＦｅから形成されている。別の実施形態では、その他の同様な合金が、下部ＮＶＭ層６１２に用いられてもよい。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のトンネル層６１６が、下部ＮＶＭ層６１２上に形成されている。上部ＮＶＭ層６２０が、トンネル層６１６の上に形成されている。この実施形態において、上部ＮＶＭ層６２０は、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、Ｒｕ、ＣｏＰｔ、または、ＣｏＰｄから形成されている。別の実施形態において、上部ＮＶＭ層６２０は、他の金属または合金で形成される。この実施形態において、下部ＮＶＭ層６１２、トンネル層６１６、および、上部ＮＶＭ層６２０の組み合わせは、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を形成する。パターニングされたハードマスク６２４が、上部ＮＶＭ層６２０上に形成されている。この実施形態において、パターニングされたハードマスク６２４は、Ｔａ、ＴａＮ、ＴｉＮ、または、Ｗであり、電極として用いられる。別の実施形態では、他の電極材料が用いられてもよい。
【0032】
この実施形態において、上部ＮＶＭ層６２０およびトンネル層６１６は、ＲＩＥまたはＩＢＥを用いてエッチングされ、この実施形態では、下部ＮＶＭ６１２の２〜３ｎｍがエッチングされる。ＩＢＥエッチングは、側壁堆積物を形成することなしに、かつ、トンネル層６１６を損傷することなしに、上部ＮＶＭ層６２０およびトンネル層６１６をエッチングすることができる。図６Ｂは、ＮＶＭ層６２０およびトンネル６１６がエッチングされた後のスタックを示す概略断面図である。ＩＢＥを用いて上部ＮＶＭ層６２０およびトンネル層６１６のみをエッチングすることは、ＩＢＥの側壁角／アスペクト比の制限を緩和しつつ、堆積物を蓄積させることなしにトンネル層６１６の完全性を維持する。
【0033】
酸化物または窒化物のスペーサが、部分的にエッチングされたスタック６００の周りに形成される。図６Ｃは、スペーサ６２８が形成された後のスタック６００を示す概略断面図である。スペーサは、次のエッチング中にトンネル層６１６をシールする。スペーサの厚さは、約２〜５ｎｍである。ＲＩＥまたはＩＢＥスパッタリングが、スペーサ６２８を開くために用いられる。図６Ｄは、スペーサ６２８が開かれた後のスタック６００を示す概略断面図である。
【0034】
次いで、スタックは、図１に示すように、エッチング処理を施され、この際、パターニングされたハードマスク６２４、上部ＮＶＭ層６２０、トンネル層６１６、および、スペーサ６２８は、下部ＮＶＭ層６１２のエッチングのために、パターニングされたマスクを提供する。この例において、開始ステップ（ステップ１０８）は、４〜８ｍＴｏｒｒの圧力で酸化を提供することによって提供される。５０〜５００ｓｃｃｍのＯ２および０〜５００ｓｃｃｍのＡｒが、エッチングチャンバ３４９内に流される。１３ＭＨｚで２００〜１５００のＴＣＰ電力が、ガスをプラズマ化するために供給される。２０〜５００ボルトのバイアス電圧が供給される。酸化処理は、５〜６０秒間維持される。別の実施形態において、開始ステップは、塩素化によって提供されてもよい。かかる処理では、４〜８０ｍＴｏｒｒの圧力が提供される。５０〜５００ｓｃｃｍのＣｌ２および０〜５００ｓｃｃｍのＡｒが、エッチングチャンバ３４９内に流される。１３ＭＨｚで２００〜１５００のＴＣＰ電力が、ガスをプラズマ化するために供給される。２０〜５００ボルトのバイアス電圧が供給される。塩素化処理は、５〜６０秒間維持される。
【0035】
この例において、改質金属サイト溶媒和ステップ（ステップ５０４）は、有機酸の蒸気を供給することによって提供される。リガンド錯体形成ステップ（ステップ５０８）は、リガンドの蒸気を供給することによって提供される。２０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの圧力が、搬送ガスありまたはなしで、溶媒和ステップおよびリガンド錯体形成ステップ中に提供され、ここで、これらのステップは、反応を促進するために複数回繰り返されてよい。
【0036】
この例において、脱着ステップ（ステップ１１６）は、光プラズマスパッタリングを実行することによって提供される。一例において、光プラズマスパッタリングは、４〜８０ｍトルのチャンバ圧を提供することによって達成されてよい。５０〜５００ｓｃｃｍのＡｒが、エッチングチャンバ３４９内に流される。２００〜１５００のＴＣＰ電力が、ガスをプラズマ化するために供給される。０〜１００ボルトのバイアス電圧が供給される。Ａｒガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、または、Ｘｅに置き換えられてもよい。ガスは、純希ガスであることが好ましい。別の例において、脱着は、８０℃〜３００℃の間の温度までチャック３０８を加熱することによって提供されてもよい。処理は、ＮＶＭ層６１２のエッチングが完了するまで繰り返される。図６Ｅは、ＮＶＭ層６１２がエッチングされた後のスタック６００を示す概略図である。
【0037】
この実施形態は、トンネル層６１６のみをエッチングするため、および、スペーサを開くために、ＩＢＥを用いており、その結果、ＩＢＥは、より浅くアスペクトの低いエッチングに用いられている。これは、側壁堆積物を形成せずトンネル層６１６を損傷しないＩＢＥを可能にする。薄膜スタックを部分的にパターニングすることは、ＩＢＥの側壁角／アスペクト比の制限に対してほとんど制約を与えず、堆積物を積層させることなくＭｇＯの完全性を維持する。スペーサは、次の層のエッチング中にＭｇＯ層をさらに保護することができる。この実施形態は、非水溶媒を用いて、ＭｇＯ層の潜在的な劣化を防ぐ。この実施形態は、蒸気を用いて有機金属副生成物を生成し、それらの副生成物は、揮発性であるため、ウエハ表面に余分な側壁堆積物を残さない。これは、高アスペクト比の高密度ＭＲＡＭパターニングの形成を可能にする。この実施形態は、小さいＣＤおよび高アスペクト比を有するＭＲＡＭの異方性エッチングを提供する。原子レベルのエッチングを提供することにより、この実施形態は、より良好にエッチング処理を制御する。
【0038】
以上、いくつかの好ましい実施形態を参照しつつ本発明について説明したが、本発明の範囲内で、様々な代替物、置換物、変形物、および、等価物が存在する。また、本発明の方法および装置を実施する他の態様が数多く存在することにも注意されたい。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲内に含まれる代替物、置換物、および等価物の全てを網羅するものとして解釈される。本発明は、以下の形態としても実現できる。［形態１］
１または複数のサイクルで、少なくとも１つの金属層を含むスタックをエッチングする方法であって、各サイクルは、
前記少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と、
１または複数のサイクルを提供する反応ステップを実行する工程であって、各サイクルは、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程と、
有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程と、を含む、工程と、
前記揮発性有機金属化合物の脱着を実行する工程と、
を備える、方法。
［形態２］
形態１に記載の方法であって、
前記脱着を実行する工程は、前記有機金属化合物を加熱する工程を含む、方法。
［形態３］
形態２に記載の方法であって、
前記有機金属化合物を加熱する工程は、前記有機金属化合物を直接加熱するために放射熱を供給する工程を含む、方法。
［形態４］
形態２に記載の方法であって、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程、ならびに、有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程は、順次実行される、方法。
［形態５］
形態２に記載の方法であって、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程、ならびに、有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程は、同時に実行される、方法。
［形態６］
形態２に記載の方法であって、
前記溶媒蒸気は、アルコール、アミン、または、炭化水素の内の少なくとも１つを含む、方法。
［形態７］
形態６に記載の方法であって、
前記リガンド蒸気は、アセチルアセトネート（ａｃａｃ）族、酢酸、アミド、アミジナート、アリル、エチレン、アセチレン、および、シクロペンダジエニルの内の少なくとも１つを含む、方法。
［形態８］
形態２に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの金属層は、パターニングされたマスクの下に配置される、方法。
［形態９］
形態８に記載の方法であって、
前記パターニングされたマスクは、パターニングされた金属トンネル接合スタックを含む、方法。
［形態１０］
形態８に記載の方法であって、
さらに、パターニングされたマスクを形成する工程を備え、前記パターニングされたマスクを形成する工程は、
イオンビームエッチングまたは反応性イオンエッチングで、前記スタックの上に形成された磁気トンネル接合層をエッチングする工程と、
前記磁気トンネル接合層の上にスペーサ層を形成する工程と、
前記スペーサ層を開く工程と、
を含む、方法。
［形態１１］
形態１に記載の方法であって、
さらに、パターニングされたマスクを形成する工程を備え、前記パターニングされたマスクを形成する工程は、
イオンビームエッチングまたは反応性イオンエッチングで、前記スタックの上に形成された磁気トンネル接合層をエッチングする工程と、
前記磁気トンネル接合層の上にスペーサ層を形成する工程と、
前記スペーサ層を開く工程と、
を含む、方法。
［形態１２］
マスクの下に配置されたトンネル層の下に配置された少なくとも１つの金属層を含むＭＲＡＭスタックをエッチングする方法であって、
前記トンネル層をエッチングする工程と、
前記エッチングされたトンネル層の上にスペーサ層を形成する工程と、
前記スペーサ層を開く工程と、
１または複数のサイクルで、前記少なくとも１つの金属層をエッチングする工程と、
を備え、
各サイクルは、
前記少なくとも１つの金属層の一部を金属酸化物、金属ハロゲン化物、または、格子損傷金属サイトに変換する開始ステップを実行する工程と、
１または複数のサイクルを提供する反応ステップを実行する工程であって、各サイクルは、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程と、
有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程と、を含む、工程と、
前記揮発性有機金属化合物の脱着を実行する工程と、
を含む、方法。
［形態１３］
形態１２に記載の方法であって、
前記トンネル層をエッチングする工程は、イオンビームエッチングまたは反応性イオンエッチングの少なくとも一方を含む、方法。
［形態１４］
形態１３に記載の方法であって、
前記脱着を実行する工程は、前記有機金属化合物を加熱する工程を含む、方法。
［形態１５］
形態１４に記載の方法であって、
前記有機金属化合物を加熱する工程は、前記有機金属化合物を直接加熱するために放射熱を供給する工程を含む、方法。
［形態１６］
形態１２に記載の方法であって、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程、ならびに、有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程は、順次実行される、方法。
［形態１７］
形態１２に記載の方法であって、
有機溶媒蒸気を供給して、溶媒和金属、金属ハロゲン化物、または、金属酸化物状態を形成する工程、ならびに、有機リガンド溶媒を供給して、揮発性有機金属化合物を形成する工程は、同時に実行される、方法。
［形態１８］
形態１２に記載の方法であって、
前記溶媒蒸気は、アルコール、アミン、または、炭化水素の内の少なくとも１つを含む、方法。
［形態１９］
形態１８に記載の方法であって、
前記リガンド蒸気は、アセチルアセトネート（ａｃａｃ）族、酢酸、アミド、アミジナート、アリル、エチレン、アセチレン、および、シクロペンダジエニルの内の少なくとも１つを含む、方法。