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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023080017
(43)【公開日】2023-06-08
(54)【発明の名称】プラズマエッチングの方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20230601BHJP
H05H 1/46 20060101ALI20230601BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
H01L21/302 101C
H05H1/46 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】21
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022171258
(22)【出願日】2022-10-26
(31)【優先権主張番号】2117193.9
(32)【優先日】2021-11-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(71)【出願人】
【識別番号】512221197
【氏名又は名称】エスピーティーエス テクノロジーズ リミティド
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ウッド アレックス ヒュー
(72)【発明者】
【氏名】ケビン リデル
(72)【発明者】
【氏名】フマ アシュラフ
(72)【発明者】
【氏名】ジャネット ホプキンス
【テーマコード（参考）】
2G084
5F004
【Ｆターム（参考）】
2G084AA02
2G084BB11
2G084CC13
2G084CC33
2G084DD03
2G084DD13
2G084DD38
5F004AA02
5F004AA09
5F004BB13
5F004CA02
5F004CA03
5F004CA06
5F004CA08
5F004DA04
5F004DA11
5F004DA23
5F004DB00
5F004DB12
5F004DB19
5F004EA28
5F004EB04
(57)【要約】
【課題】スカンジウム、イットリウムまたはエルビウムから選択される添加元素を含有する添加物含有窒化アルミニウム膜をプラズマエッチングする方法を提供する。
【解決手段】この方法は、プラズマチャンバ１２内のプラテン上にワークピース１１を配置することを含み、ワークピース１１は、その上に堆積された添加物含有窒化アルミニウム膜を有する基板と、添加物含有窒化アルミニウム膜上に配置され、少なくとも1つのトレンチを画定するマスクとを備える。本方法は、第1のエッチングガスを第1の流量でチャンバ１２内に導入し、第2のエッチングガスを第2の流量でチャンバ１２内に導入し、チャンバ１２内にプラズマを確立してトレンチ内に露出した添加物含有窒化アルミニウム膜をエッチングすることを含む。第1のエッチングガスは三塩化ホウ素を含み、第2のエッチングガスは塩素を含み、流量比は１：１以上である。
【選択図】図１
【解決手段】この方法は、プラズマチャンバ１２内のプラテン上にワークピース１１を配置することを含み、ワークピース１１は、その上に堆積された添加物含有窒化アルミニウム膜を有する基板と、添加物含有窒化アルミニウム膜上に配置され、少なくとも1つのトレンチを画定するマスクとを備える。本方法は、第1のエッチングガスを第1の流量でチャンバ１２内に導入し、第2のエッチングガスを第2の流量でチャンバ１２内に導入し、チャンバ１２内にプラズマを確立してトレンチ内に露出した添加物含有窒化アルミニウム膜をエッチングすることを含む。第1のエッチングガスは三塩化ホウ素を含み、第2のエッチングガスは塩素を含み、流量比は１：１以上である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
添加物含有窒化アルミニウム膜をプラズマエッチングする方法であって、前記添加物含有窒化アルミニウム膜は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）またはエルビウム（Ｅｒ）から選択される添加元素を含む、方法であって、
プラズマチャンバ内のプラテン上にワークピースを配置するステップであって、前記ワークピースは、その上に堆積された前記添加物含有窒化アルミニウム膜を有する基板と、少なくとも１つのトレンチを画定する前記添加物含有窒化アルミニウム膜上に配置されたマスクとを備える、ステップと、
第１の流量で前記チャンバ内に第１のエッチングガスを導入するステップと、
第２の流量で前記チャンバ内に第２のエッチングガスを導入するステップと、
前記チャンバ内にプラズマを確立して、前記トレンチ内に露出した前記添加物含有窒化アルミニウム膜をエッチングするステップと、
を有し、前記第１のエッチングガスは三塩化ホウ素を含み、前記第２のエッチングガスは塩素を含み、
前記第２の流量に対する前記第１の流量の比は１：１以上である、プラズマエッチング方法。
プラズマチャンバ内のプラテン上にワークピースを配置するステップであって、前記ワークピースは、その上に堆積された前記添加物含有窒化アルミニウム膜を有する基板と、少なくとも１つのトレンチを画定する前記添加物含有窒化アルミニウム膜上に配置されたマスクとを備える、ステップと、
第１の流量で前記チャンバ内に第１のエッチングガスを導入するステップと、
第２の流量で前記チャンバ内に第２のエッチングガスを導入するステップと、
前記チャンバ内にプラズマを確立して、前記トレンチ内に露出した前記添加物含有窒化アルミニウム膜をエッチングするステップと、
を有し、前記第１のエッチングガスは三塩化ホウ素を含み、前記第２のエッチングガスは塩素を含み、
前記第２の流量に対する前記第１の流量の比は１：１以上である、プラズマエッチング方法。
【請求項2】
第３のエッチングガスを前記チャンバ内に導入することをさらに含む、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項3】
前記第３のエッチングガスはアルゴンを含む、請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項4】
前記第３のエッチングガスは、第３の流量で前記チャンバ内に導入され、前記第１の流量と前記第３の流量との比は２：１よりも大きい、請求項２または請求項３に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項5】
一次エッチング段階および二次エッチング段階を含む、請求項１～４のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項6】
前記二次エッチング段階は、前記一次エッチング段階の直後に行われる、請求項５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項7】
前記チャンバ内への前記第１のエッチングガスの流量は、前記一次エッチング段階と前記二次エッチング段階とで実質的に同じである、請求項５又は６に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項8】
前記チャンバ内への前記第２のエッチングガスの流量は、前記一次エッチング段階と前記二次エッチング段階とで実質的に同じである、請求項５～７のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項9】
前記一次エッチング段階中の前記チャンバ内のガス圧力は、前記二次エッチング段階中のガス圧力の約５０％である、請求項５～８のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項10】
前記一次エッチング段階中の前記チャンバ内のガス圧は、実質的に２～４ｍＴｏｒｒに維持される、請求項５～９のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項11】
前記二次エッチング段階中の前記チャンバ内のガス圧は、実質的に５ｍＴｏｒｒに維持される、請求項５～１０に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項12】
プラズマ発生装置は、前記一次エッチング段階と比較して前記二次エッチング段階中に電力の約５０％で電力が供給される、請求項５～１１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項13】
前記プラテンは、前記二次エッチング段階中に、前記一次エッチング段階中に使用される電力の５０％未満で電力が供給される、請求項５～１２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項14】
前記チャンバ内への前記第１のエッチングガスの流量は、実質的に６０ｓｃｃｍであり、前記チャンバ内への前記第２のエッチングガスの流量は、実質的に４０ｓｃｃｍである、請求項１～１３のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項15】
前記第３のエッチングガスは、２０～２５ｓｃｃｍの範囲内の第３の流量で前記チャンバ内に導入される、請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項16】
前記二次エッチング段階は、前記添加物含有窒化アルミニウム膜が堆積される側とは反対側の基板の側に向かって前記添加物含有窒化アルミニウム膜を通るトレンチをエッチングする際に使用される、請求項５～１５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項17】
前記二次エッチング段階は、前記トレンチが前記基板から延在する前に開始される、請求項１６に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項18】
前記ワークピースは、前記添加物含有窒化アルミニウム膜が堆積される側の反対側の前記基板の側に配置された金属膜を含む、請求項１６に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項19】
前記金属膜はモリブデンを含む、請求項１７に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項20】
前記プラズマは、誘導結合プラズマ発生装置を用いて前記チャンバ内に確立される、請求項１～１９のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項21】
前記マスクはフォトレジストを含む、請求項１～２０のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プラズマエッチングプロセスに関し、特に、添加元素がスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）またはエルビウム（Ｅｒ）から選択される元素を含む添加物含有窒化アルミニウム膜をプラズマエッチングする方法に関する。
【背景技術】
【0002】
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および窒化アルミニウムスカンジウム（ＡｌＳｃＮ）圧電デバイスは、例えば、バルク音響波（ＢＡＷ）デバイスおよび圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）において広く使用されている。携帯電話は、典型的には、いくつかのＡｌＮおよびＡｌＳｃＮ ＢＡＷデバイスを組み込み、より高い動作周波数の生成は、より薄いＢＡＷデバイスの使用を必要とする。より薄いデバイスのための圧電性能を改善することは、公差がより厳しくなり、回路基板上へのこれらのデバイスの統合がより複雑になるにつれて、主要な課題である。Ｓｃの添加は、ＢＡＷデバイスの圧電特性を改善することが知られているが、ＡｌＮ格子へのＳｃの組み込みは、堆積された圧電膜における欠陥性の増加をもたらす可能性があり、Ｓｃの不揮発性は、プラズマエッチングプロセス中に除去される必要がある残留物を生成する可能性がある。
【0003】
ドープされたＡｌＮ中のＳｃの割合が増加するにつれて、エッチング速度は、典型的には、標準的な塩素（Ｃｌ２）／アルゴン（Ａｒ）ベースの化学物質を使用するときに減少する。この減少は、マスク（フォトレジストまたはＳｉＯ２マスクなど）に対してより低いＡｌＳｃＮ選択性をもたらし、これは、限界寸法（ＣＤ）を減少させ、その結果、ＡｌＳｃＮトレンチ内のより浅い側壁角度をもたらす。側壁プロファイルを制御する一般的な方法は、プリエッチングマスクの傾斜を調整すること、プラテンバイアス、エッチングガス流またはプロセス圧力を変更することを含む。これらの方法は、通常、より低いＳｃ含有量のＡｌＳｃＮに対して有効であるが、より高いＳｃパーセンテージでは、エッチングはますます物理的になり、これらの方法の全体的な有効性を低下させる。同様の効果がＡｌＹＮおよびＡｌＥｒＮ膜でも観察される。
【0004】
ＡｌＳｃＮエッチング速度の減少はまた、金属下層に対する選択性を低下させ、ＢＡＷフィルタなどのいくつかのデバイスの性能を損なう可能性がある下層損失の増加をもたらす。ＢＡＷデバイスに対するより低い電気的接触は、典型的にはモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）または白金（Ｐｔ）であり、過剰な量の金属が除去されると、ＡｌＳｃＮのエッチング速度の低下により、接触の電気抵抗が増加し、デバイス性能の劣化をもたらす。プラテンバイアスの増加またはＣｌ２流量の増加などのＡｌＳｃＮエッチング速度を増加させるための典型的な変化は、最終的に側壁角度または下層選択性にほとんどまたは全く影響を及ぼさない可能性があり、場合によっては問題を悪化させることさえある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】IEEE Electron Device Letters, 42(9), September 2021, Shao et.al., “High Figure-of-Merit Lamb Wave Resonators Based on Al0.75Sc0.3N Thin Film”. 1378-1381.
【非特許文献2】IEEE Transaction on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 66(1), January 2019, Lozzi et al., “Al0.83Sc0.17N Contour Mode Resonators With Electromechanical Coupling in Excess of 4.5%”, 146-153
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上述の問題の少なくともいくつかに対処しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様によれば、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）またはエルビウム（Ｅｒ）から選択される添加元素を含有する添加物含有窒化アルミニウム膜をプラズマエッチングする方法が提供される。方法は、
プラズマチャンバ内のプラテン上にワークピースを配置するステップであって、ワークピースは、その上に堆積された添加物含有窒化アルミニウム膜を有する基板と、添加物含有窒化アルミニウム膜上に配置され、少なくとも１つのトレンチを画定するマスクとを備える、ステップと、
第１の流量でチャンバ内に第１のエッチングガスを導入するステップと、
第２の流量でチャンバ内に第２のエッチングガスを導入するステップと、
チャンバ内にプラズマを確立して、トレンチ内に露出した添加物含有窒化アルミニウム膜をエッチングするステップと、
を含み、第１のエッチングガスは三塩化ホウ素を含み、第２のエッチングガスは塩素を含む。
プラズマチャンバ内のプラテン上にワークピースを配置するステップであって、ワークピースは、その上に堆積された添加物含有窒化アルミニウム膜を有する基板と、添加物含有窒化アルミニウム膜上に配置され、少なくとも１つのトレンチを画定するマスクとを備える、ステップと、
第１の流量でチャンバ内に第１のエッチングガスを導入するステップと、
第２の流量でチャンバ内に第２のエッチングガスを導入するステップと、
チャンバ内にプラズマを確立して、トレンチ内に露出した添加物含有窒化アルミニウム膜をエッチングするステップと、
を含み、第１のエッチングガスは三塩化ホウ素を含み、第２のエッチングガスは塩素を含む。
【0008】
第２の流量に対する第１の流量の比は、１：１以上である。
【0009】
本発明は、添加物含有窒化アルミニウム膜をエッチングする際に三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）と塩素（Ｃｌ２）との流量比≧１：１を用い、より急峻な側壁プロファイルを生成することを可能にする。また、ＢＣｌ３とＣｌ２の流量比を１：１以上とすることで、下部電極に対する添加物含有窒化アルミニウム膜の選択性を高めることができ、これらの下地電極膜の１つをエッチングする際の下地損失を低減することができる。
【0010】
一つの実施形態では、方法は、アルゴンなどの第３のエッチングガスをチャンバに導入することをさらに含む。第３のエッチングガスは第３の流量でチャンバ内に導入され、第１の流量と第３の流量との比は２：１より大きい。
【0011】
一つの実施形態では、プラズマエッチングの方法は、一次エッチング段階および二次エッチング段階を含む。二次エッチング段階は、一次エッチング段階の直後に行うことができる。チャンバ内への第１のエッチングガスの第１の流量は、一次エッチング段階と二次エッチング段階とで実質的に同じであり、チャンバ内への第２のエッチングガスの第２の流量は、一次エッチング段階と二次エッチング段階とで実質的に同じである。
【0012】
一つの実施形態では、第１の流量は実質的に６０ｓｃｃｍを含み、第２の流量は実質的に４０ｓｃｃｍを含む。第３のエッチングガスは、２０～２５ｓｃｃｍの範囲内の第３の流量でチャンバ内に導入される。
【0013】
一つの実施形態では、一次エッチング段階中のチャンバ内のガス圧力は、二次エッチング段階中のガス圧力の約５０％を含む。チャンバ内のガス圧力は、一次エッチング段階中は実質的に２～４ｍＴｏｒｒに維持され、二次エッチング段階中は実質的に５ｍＴｏｒｒに維持される。
【0014】
一つの実施形態では、プラズマは、誘導結合プラズマ生成デバイスを使用してチャンバ内で確立される。プラズマ発生装置は、一次エッチング段階と比較して二次エッチング段階中に電力の約５０％で電力を供給される。
【0015】
一つの実施形態では、プラテンは、一次エッチング段階中に使用される電力の５０％未満である電力で二次エッチング段階中に電力供給される。二次エッチング段階は、添加物含有窒化アルミニウム膜が堆積される側とは反対の基板の側に向かって添加物含有窒化アルミニウム膜を通るトレンチをエッチングするときに使用され、一つの実施形態では、二次エッチング段階は、トレンチが基板から延在する前に開始される。
【0016】
一つの実施形態では、ワークピースは、添加物含有窒化アルミニウム膜が堆積される側とは反対の基板の側に配置されたモリブデンなどの金属膜を含む。
【0017】
一つの実施形態では、マスクはフォトレジストマスクを含む。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】添加物含有窒化アルミニウム膜をエッチングするためのプラズマエッチング装置の概略図である。
【図2】本発明の一実施形態による添加物含有窒化アルミニウム膜をプラズマエッチングする方法に関連するステップの概要を示すフローチャートである。
【図3】ＢＣｌ３対Ｃｌ２の流量比が増加するにつれて、５μｍのＣＤトレンチにおけるＡｌＳｃＮ対フォトレジスト選択性の増加を示すグラフである。
【図4】ＢＣｌ３対Ｃｌ２の流量比が増加するにつれて、５μｍトレンチの上部および底部ＣＤの減少を示すグラフである。
【図5】ＢＣｌ３対Ｃｌ２の流量比が増加するにつれて、５μｍおよび１００μｍのＣＤトレンチにおける側壁角の増加を示すグラフである。
【図6】シリコン基板上の厚さ５００ｎｍのＡｌ０．７Ｓｃ０．３Ｎ膜上のリフローされたフォトレジストの走査型電子顕微鏡画像であり、（ａ）は、ＢＣｌ３が存在しない５μｍトレンチの側壁角を示し、（ｂ）は、ＢＣｌ３の使用を示す。
【図7】Ｓｉ基板上の厚さ５００ｎｍのＡｌ０．７Ｓｃ０．３Ｎ膜上のリフローされたフォトレジストマスクの走査型電子顕微鏡画像であり、（ａ）は、ＢＣｌ３を用いない１００μｍのＣＤトレンチにおける側壁角を示し、（ｂ）は、ＢＣｌ３を用いた場合の側壁角を示し、１００μｍのＣＤトレンチは、５μｍのトレンチよりも浅いプリエッチングプロファイルを有する。
【図8】Ａｌ０．７Ｓｃ０．３Ｎ対Ｍｏ（下部電極）選択性の増加を、ＢＣｌ３対Ｃｌ２比の流量比が増加するにつれて示すグラフであり、Ｍｏエッチング速度は、Ｓｉウェハ上のフォトレジストパターン化ブランケットＭｏについて計算される。
【発明を実施するための形態】
【0019】
図面の図１を参照すると、被加工物１１をプラズマエッチングするための装置１０の概略図が提供され、被加工物１１のプラズマエッチングがその中で実行されるプロセスチャンバ１２を備える。
【0020】
装置１０は、チャンバ１２内に配置されたアルミニウムなどの金属で形成されてもよいが、セラミックブレーク１４などの従来の手段によってチャンバ壁１２ａから電気的に絶縁されたプラテンアセンブリ１３をさらに備える。プラテンアセンブリ１３は、ワークピース１１を受容するための支持表面１３ｂを有する本体１３ａを備え、無線周波数（ＲＦ）電圧発生器を使用して電気的にバイアスされる。プラテンアセンブリ１３への負のバイアス電圧の提供は、例えば、プラズマからのワークピース１１の表面の正に帯電したイオン衝撃を制御するのに役立つことができる。
【0021】
処理チャンバ１２は、例えばアルミニウムなどの金属で形成することができ、典型的には電気的に接地されたチャンバ壁１２ａを備える。チャンバ１２はさらに、第１、第２、および第３のガス入口１５ａ、１５ｂ、１５ｃを備え、それを介して、それぞれ、第１、第２、および第３のエッチングガスの供給源（図示せず）が、チャンバ１２の中へガスを導入するために流体的に連結することができる。チャンバ１２は、ガスおよびエッチングプロセスのあらゆる副生成物がチャンバ１２から出ることができる出口１６をさらに備える。
【0022】
一実施形態では、プラズマは、ＲＦ電圧発生器１７からのＲＦ電圧を、チャンバ１２の周囲に配置され、チャンバ壁１２ａに形成されたそれぞれの誘電体窓セクション１２ｂに隣接して配置された１つまたは複数のアンテナ１８に印加することによって生成される。
【0023】
１つ以上のアンテナ１８は、例えば、実質的に平面の螺旋構成、螺旋コイル構成、またはトロイダル構成を備えてもよく、標準的実践と同様に、発生器１７からのＲＦ信号のアンテナ１８とのインピーダンス整合は、アンテナ１８からの電力の反射を最小限にするように行われる。アンテナ１８は、チャンバ１２の周囲に配置され、電力は、誘電体窓セクション１２ｂを通してチャンバ１２内に誘導結合される。
【0024】
プラズマは、被加工物１１がプラズマに曝されるように、被加工物１１の上方に配置されたチャンバ１２の領域１９において生成される。ガスは、それぞれの入口１５ａ、１５ｂ、１５ｃに結合されたそれぞれの流量調整器２０ａ、２０ｂ、２０ｃを介してチャンバ１２内に導入され、チャンバ１２の入口１５ａ、１５ｂ、１５ｃおよび出口１６は、エッチングガスがチャンバ１２を通過し、領域１９を通過し、ワークピース１１を越える必要があるように、プラズマ領域１９の両側に配置される。
【0025】
図面の図２を参照すると、本発明の一実施形態による添加物含有窒化アルミニウム膜をプラズマエッチングするための方法１００に関連するステップを概説するフローチャートが示されている。本方法は、ＡｌＳｃＮ膜を参照して実証されるが、当業者は、本方法がＡｌＹＮ膜およびＡｌＥｒＮ膜に等しく適用可能であることを認識するであろう。
【0026】
この方法は、ステップ１０１において、プラズマチャンバ１２内のプラテン１３上にワークピース１１を配置することを含む。ワークピース１１は、シリコンウエハ基板などの基板１１ａを含み、その上に、例えばパルスＤＣスパッタリング技術を使用して圧電ＡｌＳｃＮ膜１１ｂが堆積される。ある実施形態では、膜はＡｌ０．７Ｓｃ０．３Ｎを含み、すなわち、アルミニウムの７０％の成分およびスカンジウムの３０％の成分を含む膜である。膜組成の決定は、典型的には、Ｘ線のエネルギー分散分析（ＥＤＡＸ）の使用によって達成される。ワークピース１１は、リフロー前に、４～４．４μｍのフォトレジストを用いて膜１１ａ上に５μｍ～１００μｍのトレンチ１１ｃが形成されたマスク１１ｂをさらに備える。
【0027】
ワークピース１１がチャンバ１２内のプラテン１３上に位置決めされた状態で、第１、第２、および第３のエッチングガスは、ステップ１０２において、それぞれの流量調整器２０ａ～ｃを使用してそれぞれの入口１５ａ～ｃを介してチャンバ１２内に導入され、チャンバ１２内の圧力は、圧力調整器（図示せず）によって約２～５ｍＴｏｒｒまたは実質的に３ｍＴｏｒｒに維持される。チャンバ１２がエッチングガスで適切に調整されると、ステップ１０３において、ＲＦ電位が発生器１７を介してアンテナ１８に印加され、電力をエッチングガスに誘導結合し、したがってプラズマを生成し、Ａｌ０．７Ｓｃ０．３Ｎ膜のエッチングを開始する。ステップ１０４において、典型的には１３．５６ＭＨｚで動作する電圧発生器２１の使用を通して、バイアス電圧もプラテンアセンブリ１３に印加され、ステップ１０５においてＡｌＳｃＮ膜１１ｂのエッチングを提供する。
【0028】
アンテナ１８は約１０００Ｗの電力で給電され、プラテン１３は約１０２５Ｗの電力で給電される。第１のエッチングガスは三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）を含み、流量調整器２０ａは、実質的に６０ｓｃｃｍの流量でチャンバ１２内にＢＣｌ３を供給するように構成される。第２のエッチングガスは塩素（Ｃｌ２）を含み、このＣｌ２ガスは、流量調整器２０ｂによって決定されるように、実質的に４０ｓｃｃｍの速度でチャンバ１２内に送達される。第３のエッチングガスは、アルゴン（Ａｒ）を含み、このＡｒガスは、流量調整器２０ｃによって決定されるように、実質的に２５ｓｃｃｍの速度でチャンバ１２内に送達される。なお、チャンバ１２内へのＢＣｌ３ガスとＣｌ２ガスとの流量比は約３：２、すなわち１：１よりも大きく、チャンバ１２内へのＢＣｌ３ガスとＡｒガスとの流量比は約３：１、すなわち２：１よりも大きい。
【0029】
ＢＣｌ３：Ｃｌ２流量比の増加は、プラテン１３とチャンバ１２との間のピーク－ピーク電圧を増加させることが見出され、これはＡｌＳｃＮのエッチング速度を増加させることが知られている。この増加を相殺し、ＢＣｌ３の化学成分およびスパッタ成分のより正確な値を得るために、発生器２１を使用してプラテンバイアスを調整して、ピーク－ピーク電圧がすべてのデータ点にわたってほぼ整合することを確実にした。しかしながら、バイアスがこの効果を補償するように調整される場合、ＡｌＳｃＮエッチング速度の増加が依然として観察され、ＢＣｌ３の増加したスパッタ成分が原因であることを示唆している。
【0030】
Ｃｌ２ベースのＡｌＳｃＮエッチング中にＢＣｌ３を添加すると、ホウ素－窒素ベースのポリマーの形成が促進されると考えられる。これらのポリマーは、マスク１１ｂ（フォトレジスト、ＳｉＯ２等）上で凝縮し、マスクエッチング速度を低下させ（図３参照）、一方、追加のホウ素の存在は、エッチングのスパッタ成分を増加させ、ＡｌＳｃＮエッチング速度の増加をもたらし得る。加えて、ＢＣｌ３は、Ｃｌ２と比較して、反応性Ｃｌ－イオンおよび中性物質にあまり容易に分別されないと考えられ、それによって、ＢＣｌ３：Ｃｌ２比が増加するにつれて、エッチングの化学成分を低減する。典型的には、ＡｌＳｃＮ膜１１ａおよびフォトレジストの両方のエッチング速度は、Ｃｌ２の流れが減少するにつれて同様のパーセンテージだけ減少し、不変の選択性をもたらす。しかしながら、Ｃｌの存在がＢＣｌ３：Ｃｌ２流量比の増加から減少するにつれて、ＡｌＳｃＮエッチング速度の低下は、ＢＣｌ３のスパッタ成分の増加によって相殺され、マスク１１ｂに対する選択性の増加をもたらす。
【0031】
Ｂ－ＮベースのポリマーとＢＣｌ３の異なる分別特性との複合効果は、マスク１１ｂに対するＡｌＳｃＮ選択性の増加をもたらす。減少したフォトレジストエッチング速度および増加したスパッタ成分はまた、示されたＡｌ０．７Ｓｃ０．３Ｎデータよりも低いおよび高いスカンジウムパーセンテージにも適用可能であり、これは、スカンジウムパーセンテージの範囲において、より急峻な側壁トレンチプロファイルおよび増加した選択性が得られ得ることを意味する。同様の結果がＡｌ１－ｘＹｘＮおよびＡｌ１－ｘＥｒｘＮ膜についても予想される。塩化エルビウムおよび塩化イットリウムの沸点は約１５００°Ｃであるが、塩化スカンジウムは約９６０°Ｃである。エッチングフロントは、スパッタ／物理的除去を必要とする残留物を含む。したがって、Ａｌ１－ｘＹｘＮおよびＡｌ１－ｘＥｒｘＮ膜はまた、非常に高温のＣｌ化合物も有するＡｌＳｃＮと同様の結果を達成するために、同様の物理的／化学的プロセス条件を必要とするであろうことが予想される。
【0032】
図４を参照すると、５μｍのＣＤマスク１１ｂに対する選択性の増加は、マスクの横方向エッチング速度を減少させ、それによって限界寸法（ＣＤ）の損失を減少させることが示されている。ＣＤ損失の低減により、図５および図６（ａ）、（ｂ）、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、より急峻な側壁プロファイルが可能になる。１００μｍのＣＤトレンチは、５μｍのトレンチのものよりも浅いプリエッチングマスクプロファイルを有し、Ｃｌ２流量と比較して増加したＢＣｌ３流量が、プロファイルの範囲および特徴のＣＤに影響を及ぼし得ることを実証する。
【0033】
ワークピース１１の下層に対する選択性を制御する一般的な方法は、「ソフトランディング（ｓｏｆｔ－ｌａｎｄｉｎｇ）」ステップの使用によるものであり、このステップは、典型的には、下層エッチング速度およびその後の損失を減少させるために、より低いプラテンバイアスを利用する。ＢＣｌ３はＡｌＳｃＮエッチングの効率を高めるが、ホウ素のスパッタ成分の添加の結果として、その使用が下層のエッチング速度も低下させ、これらの膜に対する選択性を高めると仮定することは直感に反する。
【0034】
したがって、さらなる実施形態では、Ｓｉウエハ基板を用いて同様の被加工物を形成したが、この実施形態では、Ａｌ０．７Ｓｃ０．３Ｎ圧電膜１１ａを、同じマスク１１ｂを含むスパッタＭｏ膜１１ａ’に置き換えて、Ｍｏ膜１１ａ’のエッチング速度に対するＢＣｌ３：Ｃｌ２流量比の影響を実証した。次に、Ｍｏ膜付き基板１１ａ’を処理室内に配置し、Ｍｏ膜をエッチングした。比較のために、Ｍｏエッチングのプロセス条件を圧電膜エッチングのプロセス条件と共に以下に示す。
【表1】
【0035】
上記の表から、プラズマ発生装置１７は、二次（ソフトランディング）エッチングと比較して一次（主）エッチング中に約２倍の電力で電力供給されることが明らかである。同様に、プラテン１３は、一次エッチングと比較して二次エッチング中に電力の約５０％で給電される。しかしながら、二次エッチング中のチャンバ内の圧力は、一次エッチングと比較してほぼ２倍である。
【0036】
ＢＣｌ３：Ｃｌ２流量比≧１：１は、Ｍｏ膜１１ａ’のエッチング速度を低下させ、同様にＭｏ膜１１ａ’に対するＡｌＳｃＮ選択比を高めるのに最適であることが分かった。Ｍｏなどの塩素系化学物質中で容易にエッチングされる、基板１１の圧電膜１１ａの反対側に形成される電極、すなわち下層については、Ｃｌ２の存在を減少させると下層エッチング速度が低下する。ＡｌＳｃＮ：ＰＲ選択性と同様に、Ｃｌ２流量が減少するにつれて、ＡｌＳｃＮエッチング速度も減少し、下層選択性に対する最小限の変化をもたらす。しかしながら、ＡｌＳｃＮ：Ｍｏ選択性は、フォトレジストについて前述したのと同じメカニズムによって増加させることができる。増加したＢＣｌ３：Ｃｌ２流量比はＣｌ２の存在を減少させ、Ｍｏエッチング速度を減少させるが、増加したスパッタ成分はＡｌＳｃＮエッチング速度を増加させ、電極に対する増加した選択性をもたらす。最終的に、これは、図８に示されるように、ＡｌＳｃＮをこの金属膜までエッチングするときの電極の損失を低減する。１．５および２．１２５のＢＣｌ３：Ｃｌ２流量比試験（右２つのデータ点）においてプラテン出力を低下させて、結果に対するピーク－ピーク電圧の増加の影響を最小限に抑えた。
【0037】
片面にＡｌＳｃＮ膜１１ａを有し、下面にＭｏ膜１１ａ’を有する被加工物１１をエッチングするプロセスは、ＡｌＳｃＮ膜１１ａおよびＳｉ基板１１の大部分を貫通するトレンチをエッチングする一次エッチングステージ１００と、一次エッチングステージ１００の直後に行われる二次エッチングステージ２００とを含む。これは、トレンチがＳｉ基板から延在する前に開始される。二次エッチング段階２００は、ステップ２０１においてチャンバ１２内の圧力を増大させることと、ステップ２０２においてアンテナに供給される電力を低減することと、ステップ２０３においてプラテンへの電気バイアスを低減することとを含む。（表１に示されるような）二次エッチング段階のための特定のプロセス条件が達成されると、次いで、Ｍｏ膜１１ａ’は、ステップ２０４においてエッチングされ、ワークピース１１を通してトレンチを効果的に延在させる。
【0038】
ＢＣｌ３：Ｃｌ２流量比が≧１：１である結果として、フォトレジストおよび下部電極金属に対する改善された選択性を有する高いＡｌＳｃＮ（およびＡｌＹＮおよびＡｌＥｒＮ）エッチング速度（１００μｍトレンチに対して＞１７０ｎｍ／分、５μｍトレンチに対して＞２５０ｎｍ／分）が達成され得ることが実証されている。≧１：１の流量比は、すべてのＡｌ：Ｓｃ比に適用可能であるが、エッチング速度が減少し、ドープされたスカンジウムの割合が高いＡｌＮのエッチングが困難になるため、この方法はますます有益になる。
【符号の説明】
【0039】
１０ 装置、１１ 被加工物（ワークピース）、１２ チャンバ、１３ プラテンアセンブリ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ ガス入口、１６ ガス出口、１７ ＲＦ電圧発生器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
