特許 6827462 基板を処理するための装置、システム及び方法

(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】6827462

(24)【登録日】2021年1月21日

(45)【発行日】2021年2月10日

(54)【発明の名称】基板を処理するための装置、システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20210128BHJP

   H01L 21/28 20060101ALI20210128BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20210128BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101E

   H01L21/302 105A

   H01L21/302 104C

   H01L21/28 E

   H05H1/46 A

【請求項の数】16

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-502371(P2018-502371)

(86)(22)【出願日】2016年7月14日

(65)【公表番号】特表2018-529224(P2018-529224A)

(43)【公表日】2018年10月4日

(86)【国際出願番号】US2016042261

(87)【国際公開番号】WO2017019312

(87)【国際公開日】20170202

【審査請求日】2019年6月19日

(31)【優先権主張番号】14/808,612

(32)【優先日】2015年7月24日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500239188

【氏名又は名称】ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100134577

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 雅章

(72)【発明者】

【氏名】シュロン リアン

(72)【発明者】

【氏名】コステル ビロイウ

(72)【発明者】

【氏名】グレン ギルクライスト

(72)【発明者】

【氏名】ヴィクラム シング

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー キャンベル

(72)【発明者】

【氏名】リチャード ヘルテル

(72)【発明者】

【氏名】アレキサンダー シー コントス

【審査官】 加藤 芳健

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−２６２１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０６５５３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２７００３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００１／００５５６４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−２７３０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１７９４０９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２８

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理するための装置であって、
プラズマチャンバから前記基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角を成すイオンを含むプラズマビームを抽出し、前記プラズマビームを前記基板に向けるための抽出プレート、及び
前記プラズマチャンバの外部に配置されたガス出口システムを備え、
前記ガス出口システムはガス源に結合され且つ前記ガス源から受け取った反応性ガスを前記基板に供給するように構成され、前記反応性ガスは前記プラズマチャンバ中を通過しない、
前記ガス出口システムは、前記プラズマチャンバの外縁に沿って延びる通路を備える、ことを特徴とする装置。

【請求項2】

前記通路は前記抽出プレートまで延び、前記ガス出口システムは前記反応性ガスを前記プラズマビームと平行に前記基板に供給するように構成されている、請求項１記載の装置。

【請求項3】

前記抽出プレートは、第１の方向に沿う開口幅及び前記第１の方向と直角の第２の方向に沿う開口長を有する開口を有する抽出開口を備え、前記開口幅は前記開口長より大きく、前記プラズマビームはリボンビームであり、且つ前記ガス出口システムは複数のガスオリフィスを備え、前記複数のガスオリフィスは前記第１の方向に沿う前記抽出開口の辺に沿って配置されており、前記複数のガスオリフィスの内の少なくとも１つのガスオリフィスは前記通路に連結される、請求項１記載の装置。

【請求項4】

前記反応性ガスは非解離ガスを含む、請求項１記載の装置。

【請求項5】

前記反応性ガスは極性分子を含む、請求項１記載の装置。

【請求項6】

前記反応性ガスはメタノールを含む、請求項５記載の装置。

【請求項7】

前記反応性ガスは基板構造に吸収コーティングを形成する吸収種を含む、請求項１記載の装置。

【請求項8】

前記ガス出口システムは第１組の出口及び第２組の出口を備え、前記ガス源は前記第１組の出口に結合され、前記装置は更に第２のガス源を備え、前記第２のガス源は前記第２組の出口に結合され且つ第２の反応性ガスを前記基板に供給するように構成されている、請求項１記載の装置。

【請求項9】

基板を処理するシステムであって、
プラズマを収容するプラズマチャンバ、
前記プラズマチャンバから前記基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角を成すイオンを含むプラズマビームを抽出し、前記プラズマビームを前記基板に向けるための抽出プレート、及び
前記プラズマチャンバの外部に配置されたガス出口システムを備え、
前記ガス出口システムはガス源に結合され且つ前記ガス源から受け取った反応性ガスを前記基板に供給し、前記反応性ガスは前記プラズマチャンバ中を通過しない、
前記ガス出口システムは、前記プラズマチャンバの外縁に沿って延びる通路を備える、ことを特徴とするシステム。

【請求項10】

前記抽出プレートは、第１の方向に沿う開口幅及び前記第１の方向と直角の第２の方向に沿う開口長を有する開口を有する抽出開口を備え、前記開口幅は前記開口長より大きく、前記プラズマビームはリボンビームであり、前記システムは更に、前記基板を前記第２の方向に沿って走査させる基板ホルダを備える請求項９記載の装置。

【請求項11】

前記ガス出口システムは複数のガスオリフィスを備え、前記複数のガスオリフィスは前記第１の方向に沿う前記抽出開口の辺に沿って配置され、前記複数のガスオリフィスの内の少なくとも１つのガスオリフィスは前記通路に連結される、請求項１０記載のシステム。

【請求項12】

少なくとも１つのシステムパラメータを第１の値から第２の値に変更する制御システムを更に備え、前記プラズマビームは前記第１の値で第１の形状を有し、第２の値で第２の形状を有し、前記少なくとも１つのシステムパラメータは、前記プラズマチャンバに供給されるＲＦ電力のレベル、前記プラズマビームの抽出電圧、前記抽出プレートの形状、又は前記基板と前記抽出プレートの間の間隔を含む、請求項９記載のシステム。

【請求項13】

前記反応性ガスは極性分子を含み、前記プラズマビームは不活性ガスイオンを含む、請求項９記載のシステム。

【請求項14】

基板を処理する方法であって、
プラズマを含むプラズマチャンバから基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角を成すイオンを含むプラズマビームを抽出するステップ、及び
前記プラズマチャンバの外部に配置されたガス出口システムにより、ガス源からの反応性ガスを前記基板に向けるステップを含み、
前記反応性ガスは前記プラズマ中を通過しない、
前記ガス出口システムは、前記プラズマチャンバの外縁に沿って延びる通路を備える、ことを特徴とする方法。

【請求項15】

前記反応性ガスを前記基板に向けるステップは、極性分子を含むガスを前記基板に供給し、前記反応性ガスに由来するコンフォーマルコーティングを金属層上に形成するステップを含み、前記イオンは前記基板上に配置した前記金属層から金属種をスパッタエッチする不活性ガスイオンであり、前記極性分子は前記金属種と揮発性エッチング生成物を形成する、請求項１４記載の方法。

【請求項16】

前記基板は側壁を有する少なくとも１つの表面特徴部を備え、前記反応性ガス及びプラズマビームが前記金属層からの材料の前記側壁への再堆積なしに前記金属層をエッチングする、請求項１５記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電子デバイスの処理技術に関し、より詳しくは、基板の表面を処理するプロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

集積デバイスは小型化し続けているので、特徴部をパターン化する能力が益々難しくなっている。これらの難しさは、一形態において、基板にパターンを保存又は転写するために特徴部をエッチングする能力にある。多くのデバイス応用において、パターン化される特徴部は金属層を含み得るが、金属層はエッチングすることが難しく、その理由は、金属は周知の反応性イオンエッチング又は類似のプロセスを用いて揮発性エッチング生成物を形成することが容易でないためである。物理的スパッタリングによる金属層のエッチングは、所定の金属層のスパッタされた種が基板の望ましくない表面に、例えば形成されるデバイス特徴部の表面に堆積される傾向があるために問題がある。これは不揮発性の金属下層のエッチングによって過剰な材料が再堆積された垂直でない側壁を有するピラー又は配線などのパターン化された構造をもたらし得る。

【0003】

本発明による改善策はこれらの及び他の考慮すべき事項に対して有益であり得る。

【発明の概要】

【0004】

この概要は、発明の実施形態の形態において以下で更に説明される概念の選択を簡略化した形で導入するために与えられる。この概要は請求の範囲に記載される発明の要旨の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図するものでなく、請求の範囲に記載される発明の要旨の範囲を特定するのに役立つことを意図するものでもない。

【0005】

一実施形態において、基板を処理する装置は、プラズマチャンバから基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角を成すイオンを含むプラズマビームを抽出し、前記プラズマビームを基板に向けるための抽出板と、前記プラズマチャンバの外部に配置されたガス出口システムとを備え、前記ガス出口システムはガス源に結合され且つ前記ガス源から受け取った反応性ガスを前記基板に供給し、前記反応性ガスは前記プラズマチャンバを通過しない、ことを特徴とし得る。

【0006】

別の実施形態において、基板を処理するシステムは、プラズマを収容するプラズマチャンバと、プラズマチャンバから基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角を成すイオンを含むプラズマビームを抽出し、前記プラズマビームを基板に向けるための抽出板と、前記プラズマチャンバの外部に配置されたガス出口システムとを備え、前記ガス出口システムはガス源に結合され且つ前記ガス源から受け取った反応性ガスを前記基板に供給し、前記反応性ガスは前記プラズマチャンバを通過しない、ことを特徴とし得る。

【0007】

別の実施形態において、基板を処理する方法は、プラズマから基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角を成すイオンを含むプラズマビームを抽出するステップと、ガス源からの反応性ガスを前記基板に向けるステップとを含み、前記反応性ガスは前記プラズマチャンバを通過しない、ことを特徴とし得る。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】本発明の幾つかの実施形態に係わるシステムを示す。

【図1B】図１Ａのシステムの一実施形態を示す。

【図1C】図１Ｂの装置の実施形態の平面図を示す。

【図1D】様々な実施形態に係わる処理装置と基板の幾何学的配置の詳細を示す。

【図2】図２Ａ−図２Ｄは本発明の幾つかの実施形態に係わる基板エッチングの一例を示す。

【図3】図３Ａ及び図３Ｂはピラーのエッチング中にユースポイントケミストリを用いる効果を示す結果を提示する。

【図4】模範的なプロセスフローを示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明は、幾つかの実施形態が示される添付図面を参照して、以下に更に詳しく説明される。本発明の要旨は、多くの異なる形態に具体化することができ、本明細書に記載する実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。これらの実施形態は、本明細書が完璧かつ完全になり、当業者に対して本装置及び方法の要旨範囲を十分に伝えるように提示したものである。図面において、同一参照符号は全体を通して同様の要素を示す。

【0010】

本発明は基板を処理するための新規な処理装置及び新規な技術を提供し、より詳しくは、基板表面を処理するための、例えば表面特徴部をエッチングするための新規な装置及び技術を提供する。本明細書で使用される「基板」という語は、半導体ウェハ、絶縁ウェハ、セラミックウェハのみならず、その上に配置される任意の層又は構造などの構成要素も指すものし得る。従って、表面特徴部、層、一連の層、又は他の構成要素が基板の上に配置されてもよく、基板はシリコンウェハ、酸化層、金属層などの構造の複合体を表すものとし得る。

【0011】

様々な実施形態において、基板のイオンビーム（プラズマビーム）処理に加えて基板の反応性ガス処理も提供する装置が開示される。イオンビーム及び反応性ガスを処理中の基板、例えばエッチング中の基板、の表面に、ユースポイント反応ケミストリを与える構成及び方法で提供することができる。

【0012】

図１Ａは本発明の幾つかの実施形態に係わるシステム１００を示す。システム１００は、装置１０２として断面で示されるハイブリッド処理装置を含む。図１Ｂは、装置１０２の一実施形態の斜視図を含むシステム１００の一実施形態を示す。図１Ｃは、図１Ｂの装置１０２の実施形態の平面図を示すが、図１Ｄは様々な実施形態に係わる装置１０２と基板の幾何学的配置の詳細を示す。図１Ａに詳細に示されるように、システム１００はプラズマ１０６を収容するプラズマチャンバ１０４を含んでよい。幾つかの実施形態では、プラズマチャンバ１０４は１ｍＴｏｒｒから３００ｍＴｏｒｒの間の圧力で動作し得る。これらの実施形態はこの文脈で限定されない。図１Ａに示されるように、プラズマチャンバ１０４は処理チャンバ１０１に隣接して配置され、そのチャンバ内は周知のポンプ装置、例えばロータリーポンプで支援されたターボ分子ポンプ、よりなる真空ポンプシステムによって１０^−５Ｔｏｒｒより低い低圧力に維持され得る。ガス状のプラズマ前駆体をガスマニホルド１２２からプラズマガスライン１２５を通してプラズマチャンバ１０４内に供給してよい。様々な実施形態では、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ）又は不活性ガスと反応性ガス（例えば、Ｈ_２，ＮＦ_３，Ｃｌ_２，Ｂｒ_２，Ｃ_ｘＦ_ｙなど）の混合物をプラズマ前駆体として使用してよく、その場合にはプラズマチャンバ１０４内に反応性ガスイオン加えて不活性ガスイオンが生じ得る。プラズマ１０６は、発電機１０８からの電力を適切なプラズマ励起子によりプラズマチャンバ１０４内の希薄ガスに供給することによって発生され得る。以下において、一般用語「プラズマ源」は、発電機、プラズマ励起子、プラズマチャンバ及びプラズマ自体を含む。プラズマ源は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、トロイダル結合プラズマ源（ＴＣＰ）、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、ヘリコン源、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源、間接加熱陰極（ＩＨＣ）源、グロー放電源又は当業者に周知の他のプラズマ源としてよい。従って、プラズマ源の性質に応じて、発電機１０８はＲＦ発電機、ＤＣ電源、又はマイクロ波発振器としてよいが、プラズマ励起子はＲＦアンテナ、ＲＦフェライトカプラ、ＲＦプレート、ＲＦ加熱／冷陰極、ＲＦヘリコンアンテナ、又はＲＦマイクロ波ランチャとしてよい。システム１００は更に、プラズマチャンバ１０４又は基板ホルダ１１８に接続されたバイアス電源１１０を含む。抽出プレート１１２を通る正イオンよりなるプラズマビーム１１４の抽出は、プラズマチャンバ１０４を正電位に上昇させ、基板ホルダ１１８を接地することによって、又はプラズマチャンバ１０４を接地し、基板ホルダ１１８に負電位を与えることによって達成してよい。バイアス電源１１０はＤＣモード又は可変デューティサイクルを有するパルスモード又はＡＣモードのいずれかで動作させてよい。抽出プレート１１２は一般的に、周知の設計に従って、プラズマビーム１１４中のイオンを、以下で詳述するように、イオン角度分布、即ち基板１１６に対するプラズマビーム１１４の入射角及び角拡散、を制御できる形で抽出するように構成される。

【0013】

装置１０２は、反応性ガス出口アセンブリ（ガス出口アセンブリ１２０として示されている）も含み、ガス出口アセンブリ１２０は反応性ガス１２８を基板１１６に供給することができる。ガス出口アセンブリ１２０はガスマニホルド１２２に結合され、複数のガス出口を含んでよい。ガスマニホルド１２２はプラズマ１０６のためのガス前駆体に加えて液体又は気体状の反応性ガス１２８のソースを含んでよい。幾つかの実施形態では、ガスマニホルド１２２は２以上の反応性ガスのソース及び２以上のプラズマガス前駆体のソースを含んでよく、異なるソースは異なるガスを含んでよい。ガスマニホルド１２２は１つのガスライン又は複数のガスラインを介してガス出口アセンブリ１２０に結合してよい。図１Ａ及び１Ｂの例では、ガスマニホルド１２２はガスライン１２４及びガスライン１２６に結合され、これらの異なるガスラインは装置１０２の異なる部分でガス出口アセンブリ１２０に入る。

【0014】

システム１００は更に制御システム１３２を含む。制御システム１３２はバイアス電源１１０、発電機１０８及びガスマニホルドなどのシステム１００の様々なコンポーネントに結合してよい。制御システム１３２は、システム１００の少なくとも１つのシステムパラメータを変更するように構成してよい。システムパラメータの例には、プラズマチャンバ１０４に供給されるＲＦ電力のレベル、ＲＦ波形、バイアス源１１０により供給されるイオンビームの抽出電圧、パルスバイアス電圧のデューティサイクル及び周波数、又は基板１１６及び抽出プレート１１２間のｚ間隔（即ち、基板１１６と抽出プレート１１２の間のｚ方向の間隔）が含まれる。抽出プレート１１２の構造はシステムパラメータの別の例であり、抽出プレートの開口の形状又はサイズなどが含まれ得る。これらのシステムパラメータの少なくとも１つは第１の値から第２の値へ変化させることができ、プラズマビーム１１４は第１の値で第１の形状を有し、第２の値で第２の形状を有する。このように、プラズマビーム１１４のパラメータ、例えば基板への入射角、角拡散（入射角の角度範囲）など、を制御することができる。これはプラズマビーム１１４を用途別に基板に向けることを可能にする。例えば、基板１１６がパターン化された特徴部（図１Ａに示されていない）を含むとき、パターン化された特徴部の垂直面はプラズマビーム１１４を第１の入射角に向けることによってより良く処理することができるが、水平面はプラズマビーム１１４を第２の入射角に向けることによってより良く処理することができる。

【0015】

次に図１Ｂを参照すると、特にガス出口アセンブリ１２０の一実施形態が示され、複数のガスオリフィス１４２が抽出プレート１１２の抽出開口１４０の上辺及び底辺に沿って設けられている。反応性ガス１２８はガスマニホルド１２２からガス出口アセンブリ１２０へ通路を通じて送られ、プラズマチャンバ１０４を通らないため、様々な実施形態では反応性ガス１２８は、イオン化されることなく、さもなければ励起されることなく、基板１１６に衝突し得る。このように、中性の反応性ガスが基板に供給され得る。加えて、反応性ガスは基板に衝突するときまで非解離状態（又は無傷状態）のままであり得る。反応性ガスを基板に直接供給できるこのような「ユースポイントケミストリ」を提供する能力は、ある場合には、イオン化も、解離も、励起もされてないガス種を基板と接触させることができる。他の場合には、ガス流量、基板近くのガス圧力、又は他のファクタなどの条件がプラズマビーム１１４との相互作用を増加するように調整されるとき、解離、ラジカル発生、励起又はイオン化が起こり得る。

【0016】

プラズマビーム１１４は抽出開口１４０のサイズ及び基板１１６とプラズマ１０６との間に設定された電圧差に応じて空間的に閉じ込めることができるが、反応性ガス１２８はガス出口アセンブリ１２０を出た後広がり得る。以下で詳述するように、プラズマビーム１１４のイオンと反応性ガス１２８が基板上で重複する領域において、基板１１６のエッチングが起こり得る。

【0017】

様々な実施形態では、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、抽出開口１４０は細長い形状にしてよい。例えば、図１Ｃに示すように、抽出開口１４０は図示のカーテシアン座標のＸ軸に平行な第１の方向に沿って開口幅Ｗを有する。抽出開口１４０は第１の方向に直角の第２の方向に沿って、換言すればＹ軸に沿って開口長Ｌを有し、開口幅Ｗは開口長Ｌより大きい。これはリボンビームのようなプラズマビーム１１４を発生し得る。いくつかの例では、Ｗは１５０ｍｍ〜３００ｍｍ又はそれ以上の範囲内の値にしてよく、Ｌは３ｍｍ〜３０ｍｍの値にしてよい。

【0018】

基板１１６をその全体に亘って処理するために、基板ホルダ１１８は、例えば基板をＹ軸に平行な方向１１７に沿って走査してよい。次に図１Ｄも参照すると、様々な実施形態では、プラズマビーム１１４は平行ビーム、収束ビーム、又は発散ビームとしてよく、例えば３０度以上のような広い角度分布（平均入射角を中心に広い入射角範囲に亘って分布した軌道）を有するイオン、又は例えば５度未満のような狭い角度分布（平均入射角を中心に狭い入射角範囲に亘って分布した軌道）を有するイオンを提供することができる。イオンは基板１１６の平面１５２の垂線１５０に対して非ゼロ入射角（θとして示されている）にしてよく、平面１５２はＸ−Ｙ平面に平行にしてよい。入射角分布は異なる実施形態においてモノモード分布又はバイモード分布で特徴付けることができる。図１Ｄに示すように、プラズマビーム１１４の所定の入射角分布はプラズマ１０６のプラズマシース境界１５４の形状によって決定され得る。特に、プラズマビーム１１４が抽出される抽出開口１４０にメニスカス１５６が生じ得る。メニスカス１５６の形状は、プラズマ密度（例えば、ＲＦ電力及び／又はプラズマチャンバ内のガス圧力）、プラズマチャンバ１０４と基板１１６との間に供給される抽出電圧、又は抽出プレート−基板ホルダギャップ長などのパラメータを変化させることによって調整することができる。幾つかの実施形態では、抽出開口１４０を通して抽出される２つの別々のプラズマビームを画定するためにビームブロッカ（図示せず）をプラズマチャンバ１０４内に抽出開口１４０に隣接して設けてもよい。上述のようにプラズマビーム１１４のイオンの入射角度は制御することができる。

【0019】

図２Ａ〜図２Ｃは、プラズマビームを本発明の実施形態によるユースポイント反応ケミストリと関連して用いる基板エッチングの一例を示す。図２Ａには、ベース層２０４及び金属層２０６を含むデバイス構造２０２が示されている。ベース層２０４は２以上の層、例えば半導体ウェハ又は磁気記憶基板と他の層など、を表し得る。様々な実施形態では、金属層２０６は反応性イオンエッチングプロセスによりエッチングし難い金属材料又は金属材料の混合物とし得る。このような金属の例としては、Ｃｕ，Ｔａ，Ｐｔ，Ｒｕ及び他の不揮発性金属がある。幾つかの実施形態では、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）のようなメモリデバイスの形成に使用される積層にＰｔ，Ｒｕ及びＴａなどの金属の組み合わせを使用し得る。

【0020】

金属層２０６をエッチングして金属層２０６の一部分を含む特徴部を形成するために、マスク特徴部を設けることができる。一例では、積層２０８は後で除去されるマスク層２０８、例えばハードマスク、とし得る。他の実施形態では、積層２０８は最終デバイスの一部分として残すべきデバイス層を含む複数の層を含んでよい。これらの異なる例では、積層２０８は露出領域２０６Ａ及び保護領域２０６Ｂを決めるマスクとして作用する。図２Ａに示す方法では、金属層２０６をエッチングするためにプラズマビームとともに反応性ガス２１０を使用し得る。幾つかの実施形態では、反応性ガス２１０はガス源から供給し得るが、他の実施形態では、反応性ガス２１０は液体源から供給し得る。図２Ａに示されないが、イオンは反応性ガス２１０と一緒に基板２００に同時に供給し得る。幾つかの実施形態では、装置１０２のような装置においてイオンを基板２００に向けるイオンビームとともに反応性ガスが基板２００に供給され得る。

【0021】

様々な実施形態では、反応性ガス２１０が基板２００の表面に供給され、反応性ガス２１０は吸収種であり、凝集して基板２００の表面上に吸収層を形成する。図２Ａに示すように、反応性ガスはコンフォーマルコーティング（コーティング２１６として示されている）を形成することができ、本例ではコンフォーマル吸収コーティングである。具体的には、コーティング２１６は金属層２０６の表面２２０上のみならず積層２０８の側壁上にも堆積される。幾つかの実施形態では、反応性ガス２１０は有機分子を含んでよく、特定の実施形態では、反応性ガス２１０は極性分子を含んでよい。反応性ガス２１０に適した分子の例として、メタノール（ＣＨ_３−ＯＨ）、エタノール（ＣＨ_３−ＣＨ_２−ＣＨ_３）、イソプロパノール（ＣＨ_３−ＣＨＯＨ−ＣＨ_３）、ジメチルエーテル（ＣＨ_３−Ｏ−ＣＨ_３）又はアセトン（ＣＨ_３−ＣＯ−ＣＨ_３）、又は他の反応物質を含んでよい。これらの実施形態はこの文脈で限定されない。場合によっては、反応性ガス２１０は、基板表面を覆って均一に堆積され、３次元構造を均一に被覆するコーティング２１６を形成してもよい。

【0022】

次に図２Ｂを参照すると、金属層２０６をエッチングするその後のシナリオが示されている。この例では、正イオンとして示されているイオン２１２が基板２００に向けられている。イオン２１２は、例えば図１Ａに示すプラズマビーム中の複数の有向イオンを表している。イオン２１２は、図に示すように、垂線１５０に対して非ゼロ入射角を成してよい。換言すれば、イオン２１２の軌道は側壁２１８に平行にならず、イオン２１２又は同様の軌道を有するイオンの群は基板２１２のみならず側壁２１８にも衝突し得る。図２Ｂのシナリオでは、イオン２１２はコーティング２１６を貫通して金属層２０６に衝突し、金属層２０６から金属原子などの金属種をスパッタ除去（スパッタエッチ）し得る。このプロセスは繰り返し起こり、露出した領域２０６Ａから金属をエッチ除去することができる。図２Ｂに更に示されるように、金属種２１４のようなスパッタされた金属は、反応性ガス２１０、例えば金属層２０６に吸収されたコーティング２１６内の反応性ガス又は金属層２０６の近くの反応性ガスと反応し得る。こうして、反応性ガス２１０からの材料及び金属種２１４を含む揮発性エッチング生成物が生成され得る。揮発性エッチング生成物２２４は図に示すように気相に入って基板２００から離れて輸送され得る。

【0023】

スパッタされた金属種が側壁２１８などの望ましくない部分に再堆積するのを防ぐために、反応性ガス２１０の種を凝集させることによってコーティング２１６を補充してよい。反応性ガスはナノメートル以下の厚さのコーティングを形成することができ、エッチングされた種、例えば金属原子又は揮発性エッチング生成物２２４など、の再堆積に適さない表面をもたらす。従って、金属層２０６はスパッタリングと反応ガス２１０との反応の組み合わせによって除去することができ、この場合には反応性ガスが金属層２０６の表面上の吸収コーティングに与えられる。更に、反応性ガス２１０はコーティング２１６内で凝集することができ、コーティング２１６はエッチングされた金属含有材料の再堆積を禁止することができる。

【0024】

次に図２Ｃを参照すると、図２Ａ及び２Ｂのプロセスが露出領域２０６Ａ内の金属層２０６をエッチングした後の状態が示されている。本例では、露出領域２０６Ａが完全に除去され、金属層２０６のパターン化された特徴部２０６Ｃが生成される。図に示すように、パターン化された特徴部２０６Ｃも積層２０８も側壁２１８のための垂直側壁を有し、つまり、側壁はＺ軸に平行に延在する。更に、側壁２１８にエッチング生成物が再堆積されず、エッチング生成物は揮発性エッチング生成物２２４又は金属層２０６から除去される他の材料とし得る。エッチング生成物のない垂直側壁の生成は、コーティング２１６の形成とエッチング中に与えられるイオン、例えばイオン２１２、の方向性の組み合わせの結果生じ得る。イオンを垂線１５０に対して非ゼロ角度で与えることによって、その非ゼロ角度が制御システム１３２により調整可能である場合には、例えば積層２０８及びパターン化された特徴部２０６Ｃの垂直側壁プロファイルを維持することを確実にするために、イオンを適切な入射角度で適切な表面に向けることができる。

【0025】

幾つかの実施形態では、複数の不揮発性金属層を含む積層をエッチングするために図２Ａ〜２Ｃに示すプロファイルを複数回実行してよい。例えば、ＭＲＡＭメモリセル内の積層は複数の層、例えば複数の磁性層、ＭｇＯ層、並びに複数のコンタクト層などを含むことができ、コンタクト層はＴａ，Ｐｔ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｒｕ，Ｔｉ又は他の不揮発性金属で構成され得る。

【0026】

従って、図２Ａ〜２Ｃのプロセスは多数のコンタクト層をエッチングするために使用し得る。図２Ｄは本発明の実施形態によるユースポイント反応ケミストリを用いてエッチングした後に得られるデバイス構造２４０の一例を示す。デバイス構造２４０はピラー構造２４２として示された複数のピラー構造を含み、これらのピラー構造は積層２３４をエッチングして形成される。積層２３４内には層２３２及び層２３６などの複数の層が示され、層２３２及び層２３６は不揮発性金属である。層２３２及び層２３６は図２Ａ〜２Ｃに示す処理を受けるので、エッチングは側壁２３８への再堆積を避けながら行われる。従って、ピラー構造２４２は垂直プロファイルを有し、その側壁はＺ軸に平行である。加えて、層２３２及び層２３６がエッチングされる際に金属が側壁２１８に再堆積されることもない。

【0027】

幾つかの実施形態では、層２３２及び層２３６のエッチングは装置１０２のような装置で実行することができる。ピラー構造２４２がメモリデバイスの一部分である例では、そのメモリデバイスは、メモリデバイスを形成するピラーのアレイを有する多数のダイを含むシリコンウェハ又は他の基板に形成され得る。図２Ａ〜２Ｃに示すエッチングは、シリコンウェハのような所定の基板を抽出開口１４０に対して走査させることによって基板を横断して実行することができる。幾つかの実施形態では、エッチングは所定の層又は積層のエッチングを達成するために基板を複数回往復走査することによって実行してよい。特定の実施形態では、イオンを基板に向けながら、反応性ガスを全エッチングプロセスの間基板に供給してよい。他の実施形態では、反応性ガスは間欠的に、例えば１０回の基板走査のうち１回の走査中に供給してよい。

【0028】

幾つかの実施形態では、基板１１６のような基板の基板温度は、反応性ガスの凝集層による基板構造の被覆がエッチング中維持されることを確実にするために、目標温度範囲内に維持し得る。この目標温度範囲は、例えば反応性ガスに使用される分子に応じて調整し得る。様々な実施形態では、目標温度範囲は−６０℃〜＋４００℃とし得る。

【0029】

図３Ａ及び図３Ｂはエッチング中のユースポイント反応ケミストリの使用がその結果得られるピラーデバイス構造に与える影響を示す結果を提供する。図３Ａには不揮発性金属層を含む積層をエッチングすることによって形成されたピラー構造３０４の電子顕微鏡写真が示され、その不揮発性金属層はアルゴンイオンを用いてエッチングされている。ピラー構造３０４は、中央部３０６を含み、側壁３１０上に１０ｎｍの幅を有する側壁堆積物３１２を含む。図３Ｂには、不揮発性金属層を含む積層をエッチングすることによって形成されたピラー構造３１４の電子顕微鏡写真が示され、その不揮発性金属層はエッチング中にアルゴンイオンに加えてメタノールガスを供給することによってエッチングされている。ピラー構造３１４は中央部３０６を含むが、側壁３１０上に側壁堆積物を含まない。従って、本例では角度が付けられたアルゴンイオンビームでエッチングしながらメタノールを直接基板に供給することによって側壁への材料の再堆積が生じない。特に、再堆積は、数あるファクタの中で特に基板温度、基板に供給されるメタノールの量、イオンの入射角度などのファクタを調整することによって接続することができる。幾つかの実験において、１３０ｎｍほどの小ピッチを有するＭＲＡＭアレイについて電気的及び磁気的測定を行った。メタノールとアルゴンイオンの混合物のようなエッチング用混合物を用いて本発明の実施形態に従って処理されるとき、メタノールがプラズマチャンバを通過しないで基板に直接供給される場合には、アレイは９８−１００％の歩留まりを示した。この歩留まりは側壁への金属再堆積による歩留まり損失が殆ど又は全く生じないことを示している。

【0030】

上述した実施形態は基板への非解離ガス及び非励起反応性ガスの供給を重視するが、幾つかの実施形態では、反応性ガス分子の一部分が基板に衝突する前に励起又はイオン化されてもよく、また部分的に又は完全に解離されてもよい。このような種の一部分は、側壁へのエッチング生成物の再堆積を抑制するために凝集ガス種の層又はコーティングを維持しながら反応性を促進するように調整することができる。

【0031】

図４は典型定なプロセスフロー４００を示す。ブロック４０２において、プラズマからプラズマビームを抽出する処理が実行され、そのプラズマビームは基板の平面の垂線に対して非ゼロの入射角をなすイオンを含む。幾つかの実施形態では、プラズマビームは第1の方向に沿う開口幅と第１の方向に直角の第２の方向に沿う開口長を有する抽出開口を通して抽出されてよく、開口幅は開口長より大きく、プラズマビームはリボンビームである。

【0032】

ブロック４４０において、ガス源からの反応性ガスを基板に向ける処理が実行され、反応性ガスはプラズマ中を通過しない。幾つかの実施形態では、反応性ガスはガス出口システムを通して基板に供給され、反応性ガスは基板に衝突する際に中性及び未分解状態に維持される。

【0033】

本発明の実施形態は基板に特徴部を形成する従来のプロセスに優る様々な利点を提供する。一つの利点は、不揮発性金属層のエッチングをパターン化される特徴部へのエッチ除去材料の再堆積を回避又は低減しながら実行してパターン化された特徴部を形成することができる能力にある。別の利点は、エッチング中にスパッタリングイオンと反応性ガスの独立した調整を提供するためにスパッタリングイオンと反応性ガスを独立に基板に供給することができる能力にある。

【0034】

本発明の要旨は本明細書に記載されている具体的な実施形態により特定される範囲に限定されない。実際には、以上の記載及び添付図面の内容から、本明細書に記載された実施形態に加えて、本発明に対する他の様々な実施形態及び変更例が当業者に明らかであろう。従って、このような他の実施形態及び変更例は本開示の範囲に含まれることを意図している。更に、本発明は特定の目的のために特定の環境において特定の実施形態の文脈にて記載されているが、当業者は、その有用性はこれに限定されないこと及び、本発明は多くの目的のために多くの環境において有益に実行可能であることを認識するであろう。従って、以下に記載する請求項は本明細書に記載される本発明の全範囲及び精神に鑑みて解釈されるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2A-2B】

【図2C-2D】

【図3A-3B】

【図4】