特表 2024-522394 金属フィーチャーの原子層エッチング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-06-19

(54)【発明の名称】金属フィーチャーの原子層エッチング

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240612BHJP

   C23F 4/00 20060101ALI20240612BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

C23F4/00 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023572684

(86)(22)【出願日】2022-05-18

(85)【翻訳文提出日】2024-01-19

(86)【国際出願番号】 US2022029899

(87)【国際公開番号】W WO2022256176

(87)【国際公開日】2022-12-08

(31)【優先権主張番号】63/196,481

(32)【優先日】2021-06-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】リン， ユンチェン

(72)【発明者】

【氏名】ラン， チ－イ

(72)【発明者】

【氏名】ファン， ホユン

【テーマコード（参考）】

4K057

5F004

【Ｆターム（参考）】

4K057DA11

4K057DA16

4K057DB08

4K057DC10

4K057DD01

4K057DE01

4K057DE09

4K057DE20

4K057DG02

4K057DG08

4K057DG13

4K057DN01

5F004AA16

5F004BA03

5F004BA20

5F004BB26

5F004CA02

5F004CA03

5F004CA04

5F004DA04

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5F004DA23

5F004DA24

5F004DA25

5F004DA26

5F004DB08

5F004DB10

5F004DB13

5F004EA28

5F004EA37

(57)【要約】

本開示の実施形態は、概して、材料をエッチングする方法に関する。１又は複数の実施形態では、本方法は、プロセスチャンバのプロセス容積に基板を配置することであって、基板はその上に配置された金属ルテニウム層を含む、プロセスチャンバのプロセス容積に基板を配置することと、金属ルテニウム層上に固体酸化ルテニウムを生成し、プロセス容積内に気体酸化ルテニウムを生成するために、金属ルテニウム層を酸素プラズマに暴露することとを含む。本方法はまた、固体酸化ルテニウムを金属ルテニウム又はオキシ塩化ルテニウム化合物に変換するために、固体酸化ルテニウムを第２のプラズマに暴露することを含む。金属ルテニウムは金属ルテニウム層上で固体状態にある、又はオキシ塩化ルテニウム化合物はプロセス容積内で気体状態にある。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

材料をエッチングする方法であって、
プロセスチャンバのプロセス容積に基板を配置することであって、前記基板はその上に配置された金属ルテニウム層を含む、プロセスチャンバのプロセス容積に基板を配置することと、
前記金属ルテニウム層上に固体酸化ルテニウムを生成し、前記プロセス容積内に気体酸化ルテニウムを生成するために、前記金属ルテニウム層を酸素プラズマに暴露することと、
前記固体酸化ルテニウムを金属ルテニウム又はオキシ塩化ルテニウム化合物に変換するために、前記固体酸化ルテニウムを第２のプラズマに暴露することであって、前記金属ルテニウムは前記金属ルテニウム層上で固体状態にある、又は前記オキシ塩化ルテニウム化合物は前記プロセス容積内で気体状態にある、前記固体酸化ルテニウムを第２のプラズマに暴露することと
を含む方法。

【請求項2】

前記プロセス容積から前記気体酸化ルテニウムを除去することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記プロセス容積から前記オキシ塩化ルテニウム化合物を除去することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記固体酸化ルテニウムは二酸化ルテニウムを含み、前記気体酸化ルテニウムは四酸化ルテニウムを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記金属ルテニウム層の厚さを減少させるために、前記金属ルテニウム層を前記酸素プラズマに曝露することと、前記固体酸化ルテニウムを前記第２のプラズマに曝露することとを順次繰り返すことを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記金属ルテニウム層の厚さは、前記酸素プラズマ及び前記第２のプラズマへの曝露の１サイクルあたり約０．５ｎｍから約２ｎｍ減少する、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記酸素プラズマに約３秒から約５秒間曝露することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記第２のプラズマは、水素ガス（Ｈ_２）を含む還元剤を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記第２のプラズマは、酸化剤又は塩素化剤を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記第２のプラズマは、塩素ガス（Ｃｌ_２）を含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

第１のプロセスガスは、窒素ガスを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記金属ルテニウム層を酸素プラズマに曝露することと、前記固体酸化ルテニウムを第２のプラズマに曝露することとの間に、前記プロセス容積を非反応性ガスでパージすることを更に含み、前記非反応性ガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素（Ｎ_２）、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記プロセス領域は約３ｍＴｏｒｒから約６０ｍＴｏｒｒの圧力に維持され、前記基板は約３０℃から約４０℃の基板温度に維持される、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

前記金属ルテニウムは、５以上のアスペクト比及び２０ｎｍ未満の少なくとも１つの寸法を有する金属ルテニウムフィーチャーを形成する、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

材料をエッチングする方法であって、
プロセスチャンバのプロセス領域に基板を位置決めすることであって、前記基板は、金属フィーチャーとその上に配置された誘電体材料とを含む層を含む、プロセスチャンバのプロセス容積に基板を配置することと、
前記金属フィーチャー上に固体金属含有化合物を生成するために、前記層を第１のプラズマに曝露することであって、前記第１のプラズマは、酸化剤、塩素化剤、又はそれらの組み合わせを含む、前記層を第１のプラズマに曝露することと、
前記金属フィーチャーから前記固体金属含有化合物を除去するために、前記固体金属含有化合物を第２のプラズマに暴露することであって、前記金属フィーチャーは、前記誘電体材料に対する２０：１を超える選択比で選択的にエッチングされる、前記固体金属含有化合物を第２のプラズマに暴露することと
を含む方法。

【請求項16】

前記第１のプラズマは、三フッ化窒素（ＮＦ_３）を含むフッ素含有ガスを更に含み、前記プロセス容積は、約３ｍＴｏｒｒから約６０ｍＴｏｒｒの圧力に維持される、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記層を前記第１のプラズマに曝露し、前記固体金属含有化合物を前記第２のプラズマに曝露するプロセスサイクルを繰り返すことを更に含み、前記プロセスサイクルの各々は、前記金属フィーチャーの少なくとも一部から約１ｎｍの厚さをエッチングする、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記誘電体材料は、低誘電率材料、流動性酸化物、超低誘電率材料、及びそれらの任意の組み合わせで構成される群から選択される、請求項１５に記載の方法。

【請求項19】

材料をエッチングする方法であって、
プロセスチャンバのプロセス容積に基板を配置することであって、前記基板はその上に配置された金属層を含み、前記金属層は金属タングステン又は金属モリブデンを含む、プロセスチャンバのプロセス容積に基板を配置することと、
前記金属層上に固体金属含有化合物を生成するために、前記金属層を第１のプラズマに曝露することであって、前記第１のプラズマは、酸化剤、塩素化剤、又はそれらの組み合わせを含む、前記金属層を第１のプラズマに曝露することと、
前記金属層から前記固体金属含有化合物を除去するために、前記固体金属含有化合物を第２のプラズマに暴露することと
を含む方法。

【請求項20】

前記金属層は、前記第１のプラズマに約３秒から約５秒間曝露され、前記固体金属含有化合物は、前記第２のプラズマに約３秒から約５秒間曝露される、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］本発明の実施形態は、概して、小さい金属フィーチャーの原子層エッチングのための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］集積回路（ＩＣ）のサイズの縮小化は、性能の向上、容量の増加、及び／又はコストの削減につながる。各サイズの縮小化には、ＩＣを形成するためのより洗練された技法が必要である。例えば、トランジスタサイズの縮小化は、チップ上に組み込まれるメモリ又はロジックデバイスの数を増やすことを可能にし、容量が増加した製品の製造に役立つ。しかし、大容量化の推進に問題がないわけではない。各デバイスの性能を最適化する必要性がますます高まっている。ＩＣの製造では、デバイス寸法の縮小化が進むにつれて、マルチゲートトランジスタがより一般的になってきている。縮小化した金属配線をエッチングするための従来のエッチング方法では強すぎて、制御が困難である。

【0003】

［０００３］したがって、周囲の材料をエッチングせずに、小さい寸法の金属フィーチャーを有するデバイスのエッチングを正確に制御する必要がある。

【発明の概要】

【0004】

［０００４］本開示の実施形態は、概して、材料をエッチングする方法に関する。１又は複数の実施形態では、プロセスチャンバのプロセス容積に基板が配置され、基板はその上に配置された金属ルテニウム層を含む。金属ルテニウム層上に固体酸化ルテニウムを生成し、プロセス容積内に気体酸化ルテニウムを生成するために、金属ルテニウム層が酸素プラズマに曝露される。固体酸化ルテニウムを金属ルテニウム又はオキシ塩化ルテニウム化合物に変換するために、固体酸化ルテニウムが第２のプラズマに暴露される。金属ルテニウムは金属ルテニウム層上で固体状態にある、又はオキシ塩化ルテニウム化合物はプロセス容積内で気体状態にある。

【0005】

［０００５］他の実施形態では、材料をエッチングする方法が提供される。本方法は、プロセスチャンバのプロセス容積に基板を位置決めすることを含む。基板は、金属フィーチャーとその上に配置された誘電体材料とを有する層を含む。金属フィーチャー上に固体金属含有化合物を生成するために、層が第１のプラズマに曝露される。第１のプラズマは、酸化剤、塩素化剤、又はそれらの組み合わせを含む。金属フィーチャーから固体金属含有化合物を除去するために、固体金属含有化合物が第２のプラズマに暴露される。金属フィーチャーは、誘電体材料に対する２０：１を超える金属フィーチャーへの選択比で選択的にエッチングされる。

【0006】

［０００６］幾つかの実施形態では、材料をエッチングする方法が提供される。本方法は、プロセスチャンバのプロセス容積に基板を位置決めすることを含む。基板は、その上に配置された金属層を含む。金属層は、金属タングステン又は金属モリブデンを含む。金属層上に固体金属含有化合物を生成するために、金属層が第１のプラズマに曝露される。第１のプラズマは、酸化剤、塩素化剤、又はそれらの組み合わせを含む。金属層から固体金属含有化合物を除去するために、固体金属含有化合物が第２のプラズマに暴露される。

【0007】

［０００７］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は例示的な実施形態を示すものに過ぎず、したがって、その範囲を限定するものと見なすべきではなく、他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の幾つかの実施形態に係るプロセスチャンバを示す概略断面図である。

【図2】本開示の幾つかの実施形態に係るエッチング方法のフロー図である。

【図3】本開示の幾つかの実施形態に係るエッチング方法のフロー図である。

【図4】本開示の幾つかの実施形態に係る金属フィーチャーを有する基板を示す断面図である。

【図5】本開示の幾つかの実施形態に係る金属フィーチャーを有する基板を示す断面図である。

【図6】本開示の幾つかの実施形態に係るエッチング方法を示すフロー図である。

【図7】本開示の幾つかの実施形態に係る金属フィーチャーを有する基板を示す断面図である。

【図8】本開示の幾つかの実施形態に係る金属フィーチャーを有する基板を示す断面図である。

【図9】本開示の幾つかの実施形態に係る金属フィーチャーを有する基板を示す断面図である。

【図10】本開示の幾つかの実施形態に係る金属フィーチャーを有する基板を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［００１８］理解を容易にするために、可能な限り、図面に共通の同一要素を示すのに同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる詳述なしに他の実施形態に有益に組み込まれ得ると考えられる。

【0010】

［００１９］本開示の実施形態を説明する前に、本開示は、以下の説明に記載される構造又はプロセスの詳細に限定されないことを理解されたい。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で行う又は実施されることが可能である。

【0011】

［００２０］本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用する用語「基板」は、プロセスが作用する表面又は表面の一部を指す。また、基板への言及は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、基板の一部のみを指す場合があることが当業者には理解されよう。更に、基板への堆積への言及は、ベア基板と、その上に１又は複数の膜又は特徴が堆積又は形成された基板の両方を意味し得る。例えば、処理が実行され得る基板表面には、用途に応じて、シリコン、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、アモルファスシリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイア等の材料、及び金属、金属窒化物、金属合金、他の導電性材料等の他の任意の材料が含まれる。基板には、限定しないが、半導体ウエハが含まれる。

【0012】

［００２１］基板は、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、水酸化、アニール、ＵＶ硬化、電子ビーム硬化及び／又は焼成するための前処理プロセスに暴露され得る。基板自体の表面で直接膜処理を行うことに加えて、本開示では、開示される膜処理方法のいずれも、以下により詳細に開示するように、基板に形成された下層で実行することができ、「基板表面」という用語は、文脈が示すように、そのような下層を含むことが意図される。したがって、例えば、膜／層又は部分膜／層が基板表面上に堆積された場合、新たに堆積された膜／層の露出した表面が基板表面となる。

【0013】

［００２２］本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用する「線幅」という用語は、金属、半導体、又は絶縁体であり得る材料の線の幅を指している。

【0014】

［００２３］バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）処理中、金属及び他の導電性材料が、基板上の構造の層に充填され得る。トランジスタ構造が縮小し、アスペクト比が増加し続けるにつれて、層間に露出するコンタクトランディング領域がより重要になる可能性がある。十分な導電性を維持するためには、一定のコンタクト領域が必要となり得る。リソグラフィ及びパターニング中に、フォトレジスト及びパターニングの領域にわずかな欠陥があると、後続のエッチングプロセスがずれてしまい、下にあるコンタクトパッドが十分に露出しないエッジ配置エラー（ＥＰＥ）が発生する可能性がある。更に、反応性イオンエッチング（「ＲＩＥ」）等の従来のエッチングプロセスの多くは、複雑な臨界寸法を維持するのに十分な選択性を有していない可能性がある。ＲＩＥエッチングは比較的異方性のプロセスであるにもかかわらず、選択性に起因する側壁の損失が起こり得る。

【0015】

［００２４］先端テクノロジノードにおける生産に適したパターニングスキームは、自己整合とされ、ＥＰＥバジェットが最大化される必要があると一般に受け入れられている。ＥＰＥバジェットの最大化と自己整合の必要性は、ビア形成と、１次元又は方向優先パターニングの場合の金属線ブロックカットの両方にとって不可欠である。また、配線材料は、低い固有抵抗を有する銅（Ｃｕ）から、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）へと移行する傾向があり、これらは、平均電子自由行程が短く、バリアレスメタライゼーションが可能なため、サブ５ｎｍノード以下では、スケーラビリティの観点からより望ましい。Ｃｕを使用した従来の配線材料は、２０ｎｍ未満等の小さい寸法の用途では、抵抗率が比較的高いことがわかっている。対照的に、Ｒｕ、Ｗ、及び／又はＭｏ等の金属を小さい用途に使用すると、金属の原子層エッチング（ＡＬＥ）により、正確な厚さ制御が可能になり、異なるパターン寸法にわたってエッチング負荷が低減する。本明細書で提供されるＡＬＥ法は、２０：１以上の選択比、例えば６０：１以上の低誘電率誘電体材料に対するＲｕへの選択比等の高選択比エッチングを可能にする。本明細書における方法は、本明細書で「ＣＤトリミング」と呼ばれる、基板表面上に材料の層を周期的に堆積させ、材料の層の少なくとも一部をエッチングするために、２種以上の反応性化合物に順次暴露すると説明される「周期的堆積」（ＣＤ）プロセスを使用する。基板又は基板の一部は、プロセスチャンバのプロセス領域に導入される２種以上の反応性化合物に別々に暴露される。本明細書で使用する「プラズマ」とは、ガスを励起して原子を解離させ、水素ラジカル、塩素ラジカル、酸素ラジカル等のラジカルを生成することによって形成されるイオン化ガスである。本明細書で使用する、金属Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏ等の金属元素を指す場合の「金属」という用語は、純粋な元素のＲｕ、Ｗ、Ｍｏ、実質的に純粋なＲｕ、Ｗ、Ｍｏ、又は金属元素の合金であり得る。

【0016】

［００２５］図１は、本開示の幾つかの実施形態に係る例示的なプロセスチャンバ１０４を示す概略断面図１００である。本明細書で説明する処理等の基板１０２の処理中に、１又は複数のガス供給源１１４からのプロセスガスが、プロセスチャンバ１０４のプロセス領域１０６に導入される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、プロセスガスは、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）１１２に導入される、又はプロセスガスは、プロセス容積１０６に直接導入される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、１又は複数の個別のガスチャネルが、ＲＰＳを迂回してプロセス容積に特定のガスを導入するために配設される。プロセス容積１０６は、ガス分配プレート１０８及びその上に基板１０２が配置された基板支持体１１０等のガス分配アセンブリを更に含む。基板支持体１１０は、ガス分配プレート１０８の下方に配置される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、高周波（ＲＦ）エネルギー源１１６がガス分配プレート１０８に結合され、プロセス容積１０６に供給されるガスを励起する。更に、又は代替的に、ＲＦエネルギー源１１６はＲＰＳに結合される。ガス分配プレート１０８は、それを貫通して処理のために基板１０２にガスを分配するように構成された開孔を含む。加えて、又は代替的に、ＲＦエネルギー源１１６は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源に電気的に結合される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、本明細書に記載のプラズマは、ＩＣＰ源でプロセスガスを励起することによって形成される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、プロセスチャンバ１０４は、基板支持体１１０に結合されたＲＦ源１１８を含む。ＲＦ源１１８は、基板ＲＦバイアスを印加する。

【0017】

［００２６］図２及び図３は、それぞれエッチング方法２００及び３００のフロー図である。方法２００、３００を、図４及び図５を参照しながら本明細書で説明する。図４は、方法２００を使用してエッチングする前の構造４００を示す側面断面図である。構造４００は、線幅４０６を有する金属フィーチャー４０４を有する基板１０２を含む。各金属フィーチャー４０４は、隣接するフィーチャーに対して空間４０８によって離間されている。空間４０８の幅は均一である、又はフィーチャー間で変化する。フィーチャーの線幅４０６は、フィーチャーごとに均一である、又は変化する。図５は、エッチング方法２００又は３００を経た後のエッチングされた構造５００を示す断面図である。エッチングされた構造は、減少した線幅５０６を有するエッチングされた金属フィーチャー５０４を有する基板１０２を含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、金属フィーチャー５０４は、空間又はボイドによって離間されたＢＥＯＬ金属線である。

【0018】

［００２７］図２に戻って参照すると、方法２００は、フロントエンド処理、堆積、エッチング、研磨、洗浄、又は記載された処理の前に実行され得る任意の他の処理を含む、本方法の開始前の１又は複数の処理を含み得る。処理２０２において、基板１０２が、プロセスチャンバ１０４のプロセス容積１０６、例えば基板支持体１１０に配置される。基板１０２は、ルテニウム金属フィーチャーを有する層等の、その上に配置された金属ルテニウム層を含む。

【0019】

［００２８］第１のプラズマは、酸素含有ガス、塩素含有ガス、又はそれらの組み合わせを含む第１のプロセスガス、例えば二原子酸素（Ｏ_２）、例えば二原子塩素（Ｃｌ_２）から形成される。幾つかの実施形態では、第１のプロセスガス中の二原子酸素の原子％は、約８０％以上、例えば９０％以上である。第１のプロセスガスは、Ｈｅ、Ａｒ、又はそれらの組み合わせ等の希釈ガスを含む、又は希釈ガスと混合される。幾つかの実施形態では、第１のプラズマは酸素プラズマで構成される。第１のプロセスガスは、高周波エネルギーで励起される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、第１のプロセスガスは、ＲＰＳ１１２において励起される。あるいは、第１のプロセスガスは、第１のプラズマを形成するためにプロセス領域１０６において励起される。第１のプラズマは、ガス分配プレート１０８の上方、又はガス分配プレート１０８の下方に形成される。処理２０４において、基板の金属ルテニウム層が第１のプラズマに暴露され、金属ルテニウム層上に固体酸化ルテニウムが形成され、プロセス領域内に気体酸化ルテニウムが形成される。幾つかの実施形態では、金属ルテニウム層の少なくとも一部が固体酸化ルテニウムに変換される。金属ルテニウム層は、基板１０２上に配置され且つ第１のプラズマに暴露されてフィーチャー４０４上に固体酸化ルテニウムの部分を形成する、少なくとも１つの金属フィーチャー４０４を含む。

【0020】

［００２９］処理２０６において、固体酸化ルテニウムが第２のプラズマに曝露され、固体酸化ルテニウムは金属ルテニウム又はオキシ塩化ルテニウム化合物に変換される。オキシ塩化ルテニウム化合物は、プロセス容積内では気体状態にある。図４を参照すると、１又は複数の金属フィーチャー４０４が第２のプラズマに暴露される。

【0021】

［００３０］理論に束縛されることなく、二原子酸素によって生成された第１のプラズマは、Ｒｕ表面を酸化させて、Ｒｕ表面に対するエッチング効果を有するＲｕＯ_４揮発性ガス、及びエッチング厚さを自己制限するＲｕＯ_２固体を形成すると考えられる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、処理２０６において形成される第２のプラズマは、水素含有ガス、塩素含有ガス、又はそれらの組み合わせを含む第２のガスを用いて形成される。理論に束縛されることなく、二原子水素から形成された第２のプラズマは、ＲｕＯ_２を化学的に還元してＲｕを形成すると考えられる。ある実施例では、第２のプラズマは、水素プラズマを含む、水素プラズマで構成される、又は本質的に水素プラズマで構成される。他の実施例では、第２のプラズマは、塩素系プラズマを含む、塩素系プラズマで構成される、又は本質的に塩素系プラズマで構成される。

【0022】

［００３１］塩素ガスによって形成された第２のプラズマに関しては、塩素によって形成された第２のプラズマがＲｕＯ_２と反応してＲｕＯＣｌ_ｘガスを形成すると考えられる。あるいは、二原子水素（Ｈ_２）から形成された第２のプラズマを用いたエッチングは、実質的に腐食がなく、湿式エッチングプロセスを全く行わずにＲｕフィーチャーの少なくとも一部の厚さを減少させることが可能である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、塩素ガスから形成された第２のプラズマを用いたエッチングは、腐食を防止、低減、及び／又は逆転させるために金属フィーチャーを水素に暴露することを更に含む。塩素ガスから形成された第２のプラズマを用いたエッチング動特性は、従来のエッチングプロセスと比較して、実質的に直線的かつ時間の経過と共に徐々に進むものである。

【0023】

［００３２］方法２００と同様に、方法３００は、処理３０２において、プロセスチャンバのプロセス容積に基板を位置決めすることを含む。基板は、金属タングステン（Ｗ）又は金属モリブデン（Ｍｏ）を含む金属層を含む。処理３０４において、金属層は、金属層上に固体金属含有化合物を形成するために第１のプラズマに曝露される。第１のプラズマは、酸化剤、塩素化剤、又はそれらの組み合わせを含む。幾つかの実施形態では、第１のプラズマは、酸素、塩素、又はそれらの組み合わせを含む第１のプロセスガスから形成される。第１のプロセスガスは、フッ素含有ガスを含まない、又は第１のガスは、三フッ化窒素（ＮＦ_３）等のフッ素含有ガスと混合される、もしくはフッ素含有ガスを含む。第１のプロセスガス中の二原子酸素及び／又は塩素の原子％は、約８０％以上、例えば９０％以上である。三フッ化窒素は、エッチング速度を調整するために、増加、減少、又は除去される。三フッ化窒素の濃度を増加させると、エッチング速度が増加する。幾つかの実施形態では、第１のプロセスガスは、アルゴン又はヘリウム等の不活性ガスと混合される、又は不活性ガスを含む。処理３０６において、固体金属含有化合物は、アルゴンプラズマを含む第２のプラズマに暴露される。理論に束縛されることなく、アルゴンプラズマは、イオン衝突によって固体金属含有化合物をエッチングすると考えられる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、アルゴンプラズマを含む第２のプラズマに暴露することは、ＩＣＰ電源からＲＦ電力を印加すること、ＲＦ源１１８を使用して基板にＲＦバイアスを印加すること、又はＩＣＰ電源及びＲＦ源１１８からＲＦを印加することを含む。

【0024】

［００３３］方法２００及び３００の両方において、第１及び／又は第２のプロセスガスに印加されるＲＦ源のソース電力は、約５０Ｗから約２０００Ｗ、例えば約５００Ｗから約１５００Ｗ、例えば約７００Ｗから約１０００Ｗ、又は約１２００Ｗから約１５００Ｗ、又は約１６００Ｗから約１８００Ｗである。プロセス容積は、約１ｍＴｏｒｒから約６０ｍＴｏｒｒ、例えば約１０ｍＴｏｒｒから約４０ｍＴｏｒｒ、例えば約２０ｍＴｏｒｒから約３０ｍＴｏｒｒの圧力を含む。約２０℃から約１００℃、例えば約３０℃から約４０℃の基板温度が、方法２００の間維持される。方法２００及び３００の両方において、バイアス電力は、１又は複数の処理において、約２０Ｗから約１００Ｗ、例えば約３０Ｗから約５０Ｗの電力で、基板支持体に印加され得る。

【0025】

［００３４］本明細書で説明する処理２０４及び２０６は共に、周期的堆積プロセスの１サイクルを形成する。同様に、本明細書で説明する処理３０４及び３０６は共に、１サイクルを形成する。各サイクルは、金属フィーチャーの厚さを約０．５ｎｍから約５ｎｍ、例えば約１ｎｍから約２ｎｍ減少させる。処理２０４及び２０６、又は３０４及び３０６は、金属フィーチャーのエッチングを制御するために少なくとも１回繰り返される。金属フィーチャーの少なくとも一部から減少される厚さは、金属フィーチャーの少なくとも一部の任意の表面、例えば金属フィーチャーの上部、又は金属フィーチャーの側面から除去される厚さを指す。工程２０４、２０６、３０４、３０６の各々は、約０．５秒から約１分、例えば約１秒から約３０秒、例えば約３秒から約５秒の持続時間を含む。処理間の切り替えは、高速切り替えガス供給システムを使用してほぼ瞬時に行われる。

【0026】

［００３５］従来のエッチングプロセスは、約５ｎｍから約２０ｎｍ等の小さいフィーチャーを有する構造に対しては強すぎて、正確な厚さ減少制御を有さない。方法２００又は方法３００のエッチング速度は、毎秒約０．１ｎｍから毎秒約１０ｎｍ、例えば毎秒約０．１５ｎｍから毎秒約５ｎｍ、例えば毎秒約０．２ｎｍから毎秒約３ｎｍ、又は毎秒約０．５ｎｍから毎秒約１ｎｍ、又は毎秒約０．７ｎｍから毎秒約２ｎｍである。処理２０４及び２０６、又は処理３０４及び３０６のうちの１又は複数の前に、生成された副生成物をパージするためにパージガスが供給される。パージガスには、ヘリウム、アルゴン、窒素、又はそれらの組み合わせが含まれる。パージ工程は約１秒から１０秒、例えば約３秒から約５秒である。あるいは、処理２０４及び２０６は、間にパージ処理を挟まずに周期的に繰り返される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、ＲＦ電力は、処理２０４及び２０６、又は処理３０４及び３０６と同時に連続的に供給される。

【0027】

［００３６］図６は、本開示の幾つかの実施形態に係るエッチング方法６００を示すフロー図である。方法６００は、プロセスガス、ＲＦ電源、温度、及び圧力等の、ルテニウム金属特徴用の方法２００、又はＭｏもしくはＷ金属フィーチャー用の方法３００に関連して説明したプロセス条件と実質的に同じプロセス条件を含む。本明細書では、図７～図１０を参照しながら方法６００を説明する。方法６００は、処理６０２において、プロセスチャンバ１０４のプロセス容積１０６に基板１０２を位置決めすることを含む。基板１０２は、金属フィーチャーを有する層と、その上に配置された誘電体材料（例えば、７００又は９００）とを含む。基板１０２は、金属フィーチャー７０４、９０６及び誘電体材料７０６、９０４を有する層を含む。誘電体材料は、低誘電率材料、流動性酸化物、超低誘電率材料、又は半導体材料の層間及び層内で使用される他のいずれかの適切な材料等の層間誘電体を含む、任意の数の誘電体である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、低誘電率材料は、約２．５から約３．０等の約３．０以下の誘電率値を有する。幾つかの実施形態では、超低誘電率材料は、約２．５以下の誘電率値を有する材料である。工程６０４において、金属含有化合物を生成するために、第１のプラズマに層が曝露される。ルテニウムを含む層については、方法２００に記載の条件が使用され、タングステン及び／又はモリブデンを含む層については、方法３００に記載の条件が使用される。

【0028】

［００３７］処理６０６において、固体金属含有化合物が第２のプラズマに暴露される。第２のプラズマは、プロセス容積１０６に供給される第２のプロセスガスから形成される。処理６０４及び６０６は、図７及び図８に示すように、Ｒｕフィーチャー、Ｍｏフィーチャー、又はＷフィーチャー等の金属フィーチャー７０４をエッチングして、凹部金属フィーチャー８０４を形成する。本明細書で説明する他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、金属フィーチャー７０４は、ＢＥＯＬ金属線又はビアである。エッチング化学物質は、誘電体材料７０６、９０４等の周囲の材料に対する金属フィーチャー７０４、９０６への高い選択性を含む。誘電体材料に対する金属への選択性は、約１０：１以上、例えば約２０：１以上である。高い選択性により、隣接する誘電体材料をエッチングせずに金属フィーチャーを凹ませることができる。図８に、凹部厚さ８０８の凹部フィーチャー８０４を示す。図９に、誘電体材料９０４の上（例えば、ピーク部９１０）と間（例えば、谷部９０８）に形成された金属材料９０６を示す。金属材料９０６のエッチングは、図１０に示すエッチング構造１０００（例えば、エッチングされた金属１００６）を生成するように制御することができる。高い選択性と、構造９００の上方に配置されたハードマスクの使用とにより、高い選択性でエッチングしてエッチングされた構造１０００を形成することが可能になる。寸法が約２０ｎｍ未満の金属フィーチャーを有するＲｕ、Ｍｏ、及び／又はＷ等の特定の金属について、良好な厚さ制御と高い選択性はこれまで実証されていない。

【0029】

［００３８］第１及び／又は第２のプロセスガスに印加されるＲＦ源のソース電力は、約５０Ｗから約２０００Ｗ、例えば約５００Ｗから約１５００Ｗ、例えば約７００Ｗから約１０００Ｗ、又は約１２００Ｗから約１５００Ｗ、又は約１６００Ｗから約１８００Ｗである。プロセス領域は、約１ｍＴｏｒｒから約６０ｍＴｏｒｒ、例えば約１０ｍＴｏｒｒから約４０ｍＴｏｒｒ、例えば約２０ｍＴｏｒｒから約３０ｍＴｏｒｒの圧力を含む。約２０℃から約１００℃、例えば約３０℃から約４０℃の基板温度が維持される。バイアス電力は、１又は複数の処理において、約２０Ｗから約１００Ｗ、例えば約３０Ｗから約５０Ｗの電力で基板支持体に印加され得る。

【0030】

［００３９］処理６０４及び６０６の各々は、約０．５秒から約１分、例えば約１秒から約３０秒、例えば約３秒から約５秒の持続時間を含む。約３０℃から約４０℃の基板温度が方法６００の間維持される。本明細書に記載の金属フィーチャーの各々は、約５以上、例えば１０以上、例えば２０以上のアスペクト比を有する部分を有する。方法６００のエッチング速度は、毎秒約０．１ｎｍから毎秒約１０ｎｍ、例えば毎秒約０．１５ｎｍから毎秒約５ｎｍ、例えば毎秒約０．２ｎｍから毎秒約３ｎｍ、又は毎秒約０．５ｎｍから毎秒約１ｎｍ、又は毎秒約０．７ｎｍから毎秒約２ｎｍである。処理６０４及び６０６のうちの１又は複数の前に、プロセス容積１０４内で生成された副生成物をパージするためにパージガスが供給される。パージガスは、ヘリウム、アルゴン、二原子水素又はそれらの組み合わせを含む。パージ処理は約１秒から１０秒、例えば約３秒から約５秒である。あるいは、処理６０４及び６０６は、間にパージ処理を挟まずに周期的に繰り返される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、ＲＦ電力は、処理６０４及び６０６と同時に連続的に供給される。パージは、処理間のガス転移純度を改善することがわかっている。

【0031】

［００４０］まとめると、本開示は、銅を除くＲｕ、Ｗ、Ｍｏ、それらの合金、又はそれらの組み合わせ等のＢＥＯＬ金属の精密原子層エッチングのための方法の説明である。金属の精密エッチングには、誘電体材料に対する選択的エッチングが含まれる。高アスペクト比フィーチャーの凹部加工及び形成は、従来のプロセスと比較して、制御された、より直線的な経時的エッチング動特性のための自己制限性エッチングガスを含む、本明細書に記載の方法を用いて形成される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】