JP2022158611A - エッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物理的スパッタリング現象を用いた加工方法において、スパッタリングされた原子のエッチング側壁への付着を抑制するエッチング方法を提供する。【解決手段】プラズマ中のイオンを用いたスパッタリングによってウエハをエッチングする方法であって、ウエハは、難揮発性材料を含む多層膜の表面上におけるマスク層の高さ（ｈ）を、表面が露出された露出空間の一部を画成する隣接したマスク層の二つの側壁が表面において成す間隔（Ｄ）で割って得られるアスペクト比（ｈ／Ｄ）が、側壁と交差し、表面に垂直な垂直面に対する側壁の傾斜角度をθ、スパッタリングで生じる垂直面へのイオンの入射角度の上限値をφとした条件：ｈ／Ｄ≧１／（tan（φ）―tan（θ））を満たす。エッチング方法は、チャンバの内部空間の中に供給する処理ガスから生成されるプラズマ中のイオンを用いたスパッタリングによって多層膜をエッチングする。【選択図】図１

Description

本開示の例示的実施形態は、磁気抵抗効果素子の製造において実行されるエッチング方法に関するものである。

磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）層を含む磁気抵抗効果素子は、例えば、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のデバイスにおいて利用されている。磁気抵抗効果素子の製造においては、多層膜のエッチングが行われる。磁気抵抗効果素子の製造において実行されるエッチングは、微細なパターンに基づいて行われる場合がある。このようなエッチングについては、特許文献１に記載されている。

特表第２０１４／００２３３６号公報

本開示は、物理的スパッタリング現象を用いた加工方法において、スパッタリングされた原子のエッチング側壁への付着を抑制する技術を提供する。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置によって生成されるプラズマ中のイオンを用いたスパッタリングによるウエハのエッチング方法が提供される。ウエハは、難揮発性材料を含む多層膜、及び多層膜の表面上に設けられたマスク層を含み、表面上にはマスク層によって覆われていない領域であって表面が露出している露出空間が設けられている。表面上におけるマスク層の高さ（ｈ）を、露出空間の一部を画成する隣接したマスク層の二つの側壁が表面において成す間隔（Ｄ）で割って得られるアスペクト比（ｈ／Ｄ）は、次の条件を満たす。すなわち、ｈ／Ｄは、側壁と交差し、表面に垂直な垂直面に対する側壁の傾斜角度をθで表しスパッタリングで生じる垂直面へのイオンの入射角度の上限値をφで表した条件：ｈ／Ｄ≧１／（tan（φ）―tan（θ））を満たす。φは、θより大きい。このエッチング方法は、下記の二つの工程を含む。最初の工程は、プラズマ処理装置のチャンバの内部空間の中にウエハを収容する。続く工程は、内部空間の中に供給する処理ガスから生成されるプラズマ中のイオンを用いたスパッタリングによって、多層膜をエッチングする。

一つの例示的実施形態によれば、物理的スパッタリング現象を用いた加工方法において、スパッタリングされた原子のエッチング側壁への付着を抑制する技術が提供される。

一つの例示的実施形態に係るエッチング方法を示すフローチャートである。 一例のウエハの多層膜及びマスク層の概略を示す断面図である。 図１に示すエッチング方法の実行に用いることが可能なプラズマ処理装置の一例を概略的に示す図である。 一例のマスク層の一部の形状を平面視した図である。 他の一例のマスク層の一部の形状を平面視した図である。 他の一例のマスク層の一部の形状を平面視した図である。 他の一例のマスク層の一部の形状を平面視した図である。 一例のマスク層のアスペクト比を説明するための図である。 多層膜のスパッタリングによるエッチングの様子を例示する図である。 一例のマスク層がパターンの一部を画成する凸部、及び凸部の外周を囲む外周領域を含む場合におけるマスク層の一部の形状を平面視した図である。 他の一例のマスク層がパターンの一部を画成する凸部、及び凸部の外周を囲む外周領域を含む場合におけるマスク層の一部の形状を平面視した図である。 一例のマスク層がパターンを画成する複数の凸部を有するパターン領域、及びパターン領域の外側に設けられた外側領域を含む場合におけるマスク層の一部の形状を平面視した図である。

以下、種々の例示的実施形態について説明する。

ＭＲＡＭデバイスの製造においては記憶媒体に使われる遷移金属や磁性体膜の加工に困難さがあり得る。すなわち、アルゴンイオンの物理的スパッタリング現象を用いた加工方法（イオンミリング）では、マスクとの選択性が低く、エッチング側壁にスパッタリングされた原子が付着するので、ＭＲＡＭデバイスの微細化には限界があり得る。このため、基板を回転させ、基板上に形成されたパターン溝が延在する方向側から入射するイオンビームによるエッチング量が斜め方向側から入射するイオンビームによるエッチング量よりも大きくなるようなＭＲＡＭデバイスの製造方法が検討されている。これにより、パターン溝（孔）の底部において再付着膜の堆積が抑制されて、微細パターンが形成され得る。しかし、微細化を進めていく上で、斜め方向側からのイオンビームは、パターン溝（孔）の底部まで届かなくなり精度のよいエッチングが困難になり得る。このため、ＭＲＡＭデバイスの微細化を更に進め得るエッチング方法の開発が望まれている。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置によって生成されるプラズマ中のイオンを用いたスパッタリングによるウエハのエッチング方法が提供される。ウエハは、難揮発性材料を含む多層膜、及び多層膜の表面上に設けられたマスク層を含み、表面上にはマスク層によって覆われていない領域であって表面が露出している露出空間が設けられている。表面上におけるマスク層の高さ（ｈ）を、露出空間の一部を画成する隣接したマスク層の二つの側壁が表面において成す間隔（Ｄ）で割って得られるアスペクト比（ｈ／Ｄ）は、次の条件を満たす。すなわち、ｈ／Ｄは、側壁と交差し、表面に垂直な垂直面に対する側壁の傾斜角度をθで表しスパッタリングで生じる垂直面へのイオンの入射角度の上限値をφで表した条件：ｈ／Ｄ≧１／（tan（φ）―tan（θ））を満たす。φは、θより大きい。このエッチング方法は、下記の二つの工程を含む。最初の工程は、プラズマ処理装置のチャンバの内部空間の中にウエハを収容する。続く工程は、内部空間の中に供給する処理ガスから生成されるプラズマ中のイオンを用いたスパッタリングによって、多層膜をエッチングする。

発明者は、鋭意研究の結果、上記のエッチング方法を上記の条件を満たす高アスペクト比のマスク層を含むウエハに適用することによって、マスクの側壁に付着する堆積膜による寸法増加を減少させることができ、垂直加工が可能となることを見出した。

一つの例示的実施形態において、θが０度の場合、条件は、ｈ／Ｄ≧１／tan（１０°）である。

一つの例示的実施形態において、マスク層は、パターンの一部を画成する凸部、及び凸部の外周を囲む外周領域を含む。露出空間は、凸部及び外周領域の間の空間を含む。外周領域は、多層膜をエッチングする工程の後に、除去される。

一つの例示的実施形態において、マスク層は、パターンを画成する複数の凸部を有するパターン領域、及びパターン領域の外側に設けられた外側領域を含む。露出空間は、パターン領域及び外側領域の間の空間を含む。外側領域は、多層膜をエッチングする工程の後に、除去される。

一つの例示的実施形態において、処理ガスは、希ガスを含む。

一つの例示的実施形態において、処理ガスは、炭酸ガス、炭化水素ガス、水素ガス、酸素ガス、フッ素ガス、及び窒素ガスを更に含む。

一つの例示的実施形態において、処理ガスに含まれる希ガスは、Ａｒガス、Ｎｅガス、Ｋｒガスの少なくとも一つを含む。

一つの例示的実施形態において、多層膜に含まれる難揮発性材料は、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉからなる金属群に含まれる何れか一つの金属、合金化合物、金属酸化物、及び金属窒化物の少なくとも一つを含む。合金化合物は、金属群に含まれる二つ以上の金属からなる化合物である。金属酸化物は、金属群に含まれる何れか一つの金属の酸化物である。金属窒化物は、金属群に含まれる何れか一つの金属の窒化物である。

一つの例示的実施形態において、マスク層の材料は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮの少なくとも一つを含む。

以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、一実施形態に係るエッチング方法を示すフローチャートである。図１に示すエッチング方法（以下、「方法ＭＴ」という。）は、プラズマ処理装置によって生成されるプラズマ中のイオンを用いたスパッタリングによるウエハのエッチング方法であり、一例として、磁気抵抗効果素子の製造において実行され得る。

図２は、一例のウエハの多層膜及びマスク層の概略を示す断面図である。方法ＭＴは、図２に示すウエハＷの多層膜Ｌ２のエッチングのために実行され得る。一実施形態において、ウエハＷは、ＭＲＡＭデバイスである。図２に示すように、ウエハＷは、マスク層Ｌ１、多層膜Ｌ２、及び下地層Ｌ３を有する。下地層Ｌ３上に多層膜Ｌ２が設けられ、多層膜Ｌ２の表面ＳＦ上にマスク層Ｌ１が設けられている。表面ＳＦ上にはマスク層Ｌ１によって覆われていない領域であって表面ＳＦが露出している露出空間ＯＰが設けられている。

マスク層Ｌ１は、ウエハＷに形成するパターンを画成する形状を有する。マスク層Ｌ１の材料は、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮの少なくとも一つを含む。

多層膜Ｌ２は、少なくとも磁気トンネル接合層（ＭＴＪ層）及び電極層を含む。多層膜Ｌ２は、難揮発性材料を含む。多層膜Ｌ２に含まれる難揮発性材料は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉからなる金属群に含まれる何れか一つの金属、合金化合物、金属酸化物、及び金属窒化物の少なくとも一つを含む。上記の合金化合物は、上記の金属群に含まれる二つ以上の金属からなる化合物である。上記の金属酸化物は、上記の金属群に含まれる何れか一つの金属の酸化物である。上記の金属窒化物は、上記の金属群に含まれる何れか一つの金属の窒化物である。一実施形態において、多層膜Ｌ２からは、ＭＲＡＭデバイスのＭＴＪピラー、ライン・アンド・スペース構造、ホール等が形成され得る。

下地層Ｌ３は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の材料によって構成されている。

以下では、図２に示したウエハＷに適用される場合を例として、方法ＭＴの説明を行う。方法ＭＴでは、プラズマ処理装置が用いられる。図３は、図１に示すエッチング方法の実行に用いることが可能なプラズマ処理装置の一例を概略的に示す図である。図３には、プラズマ処理装置の縦断面の構造が概略的に示されている。図３に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置である。

プラズマ処理装置１０は、チャンバ本体１２を備えている。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。チャンバ本体１２は、その内側の空間を内部空間１２ｃとして提供している。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ本体１２は、接地電位に接続されている。チャンバ本体１２の内壁面、即ち、内部空間１２ｃを画成する壁面には、耐プラズマ性を有する膜が形成されている。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜、又は、酸化イットリウムから形成された膜といったセラミックス製の膜であり得る。チャンバ本体１２の側壁１２ｓには、開口１２ｇが形成されている。ウエハＷは、内部空間１２ｃに搬入されるとき、及び、内部空間１２ｃから搬出されるときに、開口１２ｇを通過する。開口１２ｇはゲートバルブ１４により開閉可能である。ゲートバルブ１４は、側壁１２ｓに沿って設けられている。

内部空間１２ｃの中には、支持部１５が設けられている。支持部１５は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１５は、略円筒形状を有している。支持部１５は、石英といった絶縁材料から形成されている。内部空間１２ｃの中には、ステージ１６が更に設けられている。ステージ１６は、支持部１５によって支持されている。ステージ１６は、その上に搭載されたウエハＷを支持するように構成されている。ウエハＷは、ウエハのように円盤形状を有し得る。ステージ１６は、下部電極１８及び静電チャック２０を含んでいる。

下部電極１８は、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミニウムといった金属から形成されている。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂの各々は、略円盤形状を有している。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。

第２プレート１８ｂ上には、静電チャック２０が設けられている。静電チャック２０は、絶縁層、及び、当該絶縁層内に内蔵された電極を有している。静電チャック２０の電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２２からの直流電圧が印加されると、静電チャック２０とウエハＷとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、ウエハＷは静電チャック２０に引き付けられ、静電チャック２０によって保持される。

第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャック２０を囲むようにフォーカスリング２４が配置される。フォーカスリング２４は、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリング２４は、プラズマ処理に応じて適宜選択される材料から構成されており、例えば石英から形成される。

第２プレート１８ｂの内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ本体１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。流路１８ｆに供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。即ち、チラーユニットと流路１８ｆとの間では、冷媒が循環される。この冷媒の温度をチラーユニットによって制御することにより、静電チャック２０によって支持されたウエハＷの温度が制御される。

プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック２０の上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、ステージ１６の上方に設けられており、下部電極１８に対して略平行に設けられている。上部電極３０は、部材３２と共にチャンバ本体１２の上部開口を閉じている。部材３２は、絶縁性を有している。上部電極３０は、この部材３２を介してチャンバ本体１２の上部に支持されている。

上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含んでいる。天板３４は内部空間１２ｃに面している。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。この天板３４は、限定されるものではないが、例えばシリコンから構成されている。或いは、天板３４は、アルミニウム製の母材の表面に耐プラズマ性の膜を設けた構造を有し得る。なお、この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜、又は、酸化イットリウムから形成された膜といったセラミックス製の膜であり得る。

支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持するように構成されている。支持体３６は、アルミニウムといった導電性材料から形成され得る。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａからは、複数のガス孔３６ｂが下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス拡散室３６ａにガスを導くガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、第１のガス、第２のガス、第３のガス、及び、クリーニングガスのための複数のガスソースを有している。第１のガス、第２のガス、第３のガス、及び、クリーニングガスについては後述する。

バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。このプラズマ処理装置１０は、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからのガスを、個別に調整された流量で、内部空間１２ｃに供給することが可能である。

支持部１５とチャンバ本体１２の側壁１２ｓとの間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウム製の母材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。このバッフルプレート４８には、多数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方においては、排気管５２がチャンバ本体１２の底部に接続されている。この排気管５２には、排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、自動圧力制御弁といった圧力制御器、及び、ターボ分子ポンプといった真空ポンプを有しており、内部空間１２ｃを減圧することができる。

プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２を更に備える。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源である。第１の高周波の周波数は、２７～１００［ＭＨｚ］の範囲内の周波数であり、例えば６０ＭＨｚである。第１の高周波電源６２は、整合器６３を介して上部電極３０に接続されている。整合器６３は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３０側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６３を介して下部電極１８に接続されていてもよい。第１の高周波電源６２が下部電極１８に接続されている場合には、上部電極３０は接地電位に接続される。

プラズマ処理装置１０は、第２の高周波電源６４を更に備えている。第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むためのバイアス用の第２の高周波を発生する電源である。第２の高周波の周波数は、第１の高周波の周波数よりも低い。第２の高周波の周波数は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、例えば、４００ｋＨｚである。第２の高周波電源６４は、整合器６５を介して下部電極１８に接続されている。整合器６５は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。具体的に、制御部Ｃｎｔは、記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行し、当該記憶装置に記憶されているレシピデータに基づいてプラズマ処理装置１０の各部を制御する。これにより、プラズマ処理装置１０は、レシピデータによって指定されたプロセスを実行するようになっている。例えば、制御部Ｃｎｔは、方法ＭＴ用のレシピデータに基づいて、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。

このプラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理の実行の際には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースからのガスが、内部空間１２ｃに供給される。また、排気装置５０によって内部空間１２ｃが減圧される。そして、内部空間１２ｃに供給されたガスが、第１の高周波電源６２からの高周波によって発生する高周波電界によって励起される。その結果、内部空間１２ｃの中でプラズマが生成される。また、下部電極１８に第２の高周波が供給される。その結果、プラズマ中のイオンがウエハＷに向けて加速される。このように加速されたイオン、及び／又は、ラジカルがウエハＷに照射されることにより、ウエハＷがエッチングされる。

図４、図５、図６、及び図７を参照して、方法ＭＴが実施される図２に示すマスク層Ｌ１の形状について更に説明する。図４～図７には、図２に示すマスク層Ｌ１の平面視による形状の一例がそれぞれ示されている。図４～図７に示すマスク層Ｌ１は、複数の凸部Ｋ１を有する。複数の凸部Ｋ１は多層膜Ｌ２の表面ＳＦにおいて平面視で並進対称に配置されている。

図４及び図６のそれぞれに示すマスク層Ｌ１は、平面視で円形状の凸部Ｋ１を有する。図４及び図６のそれぞれに示す凸部Ｋ１は、柱状を成しており、円形状の断面を有する。図４に示す複数の凸部Ｋ１は正方格子に沿って配置され、図６に示す複数の凸部Ｋ１は三角格子にそって配置されている。

図５に示すマスク層Ｌ１は、平面視で六角形状の凸部Ｋ１を有する。図５に示す凸部Ｋ１は、柱状を成しており、六角形状の断面を有する。図７に示すマスク層Ｌ１は、ライン・アンド・スペース状に設けられている。図７に示す複数の凸部Ｋ１は、平面視で複数のライン形状に設けられている。

なお、マスク層Ｌ１は、図４～図７に示すものに限らず、種々の断面形状の凸部Ｋ１を有し得るものであり、並進対称性の向きも種々の方向であり得る。

マスク層Ｌ１の凸部Ｋ１のアスペクト比を、図８を参照して説明する。凸部Ｋ１のアスペクト比は、イオンＩＮが側壁ＳＷに衝突し得るように設定される。多層膜Ｌ２の表面ＳＦ上におけるマスク層Ｌ１の高さをｈ［ｎｍ］とする。露出空間ＯＰの一部を画成する隣接したマスク層Ｌ１の二つの側壁ＳＷが表面ＳＦにおいて成す間隔をＤ［ｎｍ］とする。ｈをＤで割って得られる凸部Ｋ１のアスペクト比（ｈ／Ｄ）は、条件：ｈ／Ｄ≧１／（tan（φ）―tan（θ））を満たす。θは、側壁ＳＷと交差し、表面ＳＦに垂直な垂直面ＳＰに対する側壁ＳＷの傾斜角度を表す。φは、スパッタリングで生じる垂直面ＳＰへのイオンの入射角度の上限値を表す。入射角度φは、傾斜角度θより大きい。特に、傾斜角度θが０度の場合、上記の条件は、ｈ／Ｄ≧１／tan（φ）である。また、疎なパターンにおけるエッチング（ＲＩＥ）の場合、加工限界角度は１０度（φ＝１０度）であり得るので、φは０度≦φ≦１０度を満たし得る。従って、θ＝０度であって加工限界角度が１０度（φ＝１０度）の場合において、ｈ／Ｄは、ｈ／Ｄ≧１／tan（１０°）の条件を満たし得る。

図１及び図９を参照する。一実施形態に係る方法ＭＴは、主に工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含み、一例として図３に示す構成のプラズマ処理装置１０によって実行される。工程ＳＴ１では、ウエハＷが、内部空間１２ｃの中に収容される。ウエハＷは、ステージ１６の静電チャック２０上に載置され、静電チャック２０によって保持される。

続く工程ＳＴ２では、内部空間１２ｃの中に供給する処理ガスから生成されるプラズマ中のイオンＩＮを用いたスパッタリングによって、多層膜Ｌ２がエッチングされる。処理ガスは、希ガスを含む。希ガスは、Ａｒガス、Ｎｅガス、Ｋｒガスの少なくとも一つを含み得る。処理ガスは、希ガスと共に、酸素ガス、フッ素ガス、フルオロカーボン、アルコールガス、ハロゲンガス、炭化水素ガス、炭酸ガス、水素ガス、及び窒素ガスを更に含み得る。

工程ＳＴ２では、処理ガスがガスソース群４０から内部空間１２ｃに供給される。また、内部空間１２ｃの中の圧力が指定された圧力に排気装置５０によって設定される。また、プラズマの生成のために、第１の高周波が第１の高周波電源６２から供給される。工程ＳＴ２では、内部空間１２ｃの中で、第１の高周波に基づく高周波電界により処理ガスが励起され、処理ガスのプラズマが生成される。工程ＳＴ２では、第２の高周波電源６４から第２の高周波が下部電極１８に供給される。第２の高周波が下部電極１８に供給されることにより、プラズマ中のイオンＩＮがウエハＷに引き込まれて、当該ウエハＷに照射される。

工程ＳＴ２では、処理ガスから生成されるプラズマからのイオンＩＮが多層膜Ｌ２に衝突することにより、多層膜Ｌ２がエッチングされる。即ち、工程ＳＴ２では、イオンＩＮのスパッタリングによって、多層膜Ｌ２がエッチングされる。この工程ＳＴ２の実行により、マスク層Ｌ１から露出されている露出空間ＯＰにおいて多層膜Ｌ２がエッチングされ、マスク層Ｌ１のパターンが多層膜Ｌ２に転写される。イオンＩＮのスパッタリングによって、難揮発性材料を含む多層膜Ｌ２が削れられることにより難揮発性材料がマスク層Ｌ１の側壁ＳＷ（エッチングによって多層膜Ｌ２に形成された側壁を含む。以下同様。）に付着することによって堆積膜ＤＰ１が形成される。

堆積膜ＤＰ１によって、マスク層Ｌ１の隣接する二つの凸部Ｋ１の間隔が狭くなり得る。しかし、イオンＩＮが堆積膜ＤＰ１に衝突し、更には多層膜Ｌ２から削られ飛ばされた難揮発性材料が多層膜Ｌ２から飛ばされる過程において堆積膜ＤＰ１に複数回衝突することによって、堆積膜ＤＰ１が削られる。よって、堆積膜ＤＰ１の厚みの増加は十分に抑制され得る。なお、堆積膜ＤＰ１の表面は、イオンＩＮの衝突、更には多層膜Ｌ２から飛ばされた難揮発性材料の衝突によって改質され、改質層ＤＰ２が形成される。

ＭＲＡＭのＭＴＪのスパッタリングによる従来のエッチングではピラー等の難揮発性材料が削られるので、削られた難揮発性材料の堆積層がマスク層の側壁を含むエッチング溝の側壁に形成される。スパッタリングによるエッチングにおいて難揮発性材料のピラー等を垂直加工できれば十分なマスク残膜と加工寸法の微細化との両立が可能となるが、加工形状にはテーパー角度が設けられるので、十分なマスク残膜と加工寸法の微細化との両立が困難となる。また、大容量ＭＲＡＭに要求される高密度のピラー等においてはイオンミリングにおいても垂直加工は困難である。

これに対し、一実施形態に係る方法ＭＴによれば、高アスペクト比のマスク層Ｌ１によって、側壁ＳＷに付着する堆積膜ＤＰ１による寸法増加を減少させることができ、凸部Ｋ１のエッチングによる垂直加工が可能となる。例えばＭＲＡＭのピラー間を狭くするため高密度のＭＲＡＭのＭＴＪ加工にも対応できる。また方法ＭＴを用いることによって、ＭＲＡＭのＭＴＪ以外の難揮発性材料の金属、絶縁物、それらを含む多層膜のピラー、ライン＆スペース、ホール、リング状マスク、ダミー側壁の垂直加工が可能となる。

また、希ガスを含む処理ガスに更に酸素ガス、アルコールガス、炭酸ガス、フッ素ガス、及び窒素ガスを含有させて流量調整することによって絶縁性の化合物が成されることで、ショート対策が可能となる。また水素ガス、フルオロカーボン、フッ素ガス、ハロゲンガスを含有させることでシリコン及びシリコン化合物を含む多層膜の加工の連続処理が可能となる。

また、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の下地層Ｌ３によって、多層膜Ｌ２から方法ＭＴによって形成されるピラー等の側壁をＳｉＯ_２、ＳｉＮ等で覆うことができるので、デバイスの表面の不活性化が可能となる。

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。

例えば、図１０及び図１１に示すように、マスク層Ｌ１は、パターンの一部を画成する凸部Ｋ１、及び凸部Ｋ１の外周を囲む外周領域Ｋ２を含み得る。露出空間ＯＰは、凸部Ｋ１及び外周領域Ｋ２の間の空間を含む。隣接する二つの凸部Ｋ１の間隔（Ｄ）が比較的に大きく、凸部Ｋ１のアスペクト比に係る上記条件が満たされない場合であっても、外周領域Ｋ２と、外周領域Ｋ２によって囲まれる凸部Ｋ１との間隔（Ｄ）が上記条件を満たすように外周領域Ｋ２を設け得る。このような外周領域Ｋ２によって囲まれる凸部Ｋ１では、エッチングによる垂直加工が可能となる。外周領域Ｋ２は、工程ＳＴ２の後に、エッチングによって最終的に除去される。

更に、図１２に示すように、マスク層Ｌ１は、パターンを画成する複数の凸部Ｋ１を有するパターン領域Ｋ３、及びパターン領域Ｋ３の外側に設けられた外側領域Ｋ４を含み得る。露出空間ＯＰは、パターン領域Ｋ３及び外側領域Ｋ４の間の空間を含む。パターン領域Ｋ３の外周領域には隣接する二つの凸部Ｋ１が設けられていない場合があり、凸部Ｋ１のアスペクト比に係る上記条件が満たされない場合があり得る。このような場合であっても、パターン領域Ｋ３の外周領域において、外側領域Ｋ４に隣接する凸部Ｋ１と外側領域Ｋ４との間隔（Ｄ）が上記条件を満たすように外側領域Ｋ４を設け得る。外側領域Ｋ４に隣接する凸部Ｋ１では、エッチングによる垂直加工が可能となる。外側領域Ｋ４は、工程ＳＴ２の後に、エッチングによって最終的に除去される。

以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。

１０…プラズマ処理装置、ＤＰ１…堆積膜、ＤＰ２…改質層、ＩＮ…イオン、Ｋ１…凸部、Ｋ２…外周領域、Ｋ３…パターン領域、Ｋ４…外側領域、Ｌ１…マスク層、Ｌ２…多層膜、Ｌ３…下地層、ＭＴ…方法、ＯＰ…露出空間、ＳＦ…表面、ＳＰ…垂直面、ＳＷ…側壁、Ｗ…ウエハ。

Claims (9)

1. プラズマ処理装置によって生成されるプラズマ中のイオンを用いたスパッタリングによるウエハのエッチング方法であって、
   前記ウエハは、難揮発性材料を含む多層膜、及び該多層膜の表面上に設けられたマスク層を含み、該表面上には該マスク層によって覆われていない領域であって該表面が露出している露出空間が設けられており、
   前記表面上における前記マスク層の高さ（ｈ）を、前記露出空間の一部を画成する隣接した該マスク層の二つの側壁が該表面において成す間隔（Ｄ）で割って得られるアスペクト比（ｈ／Ｄ）は、該側壁と交差し、該表面に垂直な垂直面に対する該側壁の傾斜角度をθで表しスパッタリングで生じる該垂直面へのイオンの入射角度の上限値をφで表した条件：ｈ／Ｄ≧１／（tan（φ）―tan（θ））を満たしており、
   前記φは、前記θより大きく、
   当該エッチング方法は、
   前記プラズマ処理装置のチャンバの内部空間の中に前記ウエハを収容する工程と、
   前記内部空間の中に供給する処理ガスから生成されるプラズマ中のイオンを用いたスパッタリングによって、前記多層膜をエッチングする工程と、
   を含むエッチング方法。
2. 前記θが０度の場合、前記条件は、ｈ／Ｄ≧１／tan（１０°）である、
   請求項１に記載のエッチング方法。
3. 前記マスク層は、パターンの一部を画成する凸部、及び該凸部の外周を囲む外周領域を含み、
   前記露出空間は、前記凸部及び前記外周領域の間の空間を含み、
   前記外周領域は、前記多層膜をエッチングする前記工程の後に、除去される、
   請求項１又は請求項２に記載のエッチング方法。
4. 前記マスク層は、パターンを画成する複数の凸部を有するパターン領域、及び該パターン領域の外側に設けられた外側領域を含み、
   前記露出空間は、前記パターン領域及び前記外側領域の間の空間を含み、
   前記外側領域は、前記多層膜をエッチングする前記工程の後に、除去される、
   請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング方法。
5. 前記処理ガスは、希ガスを含む、
   請求項１～４の何れか一項に記載のエッチング方法。
6. 前記処理ガスは、酸素ガス、フッ素ガス、フルオロカーボン、アルコールガス、ハロゲンガス、炭化水素ガス、炭酸ガス、水素ガス、及び窒素ガスを更に含む、
   請求項５に記載のエッチング方法。
7. 前記処理ガスに含まれる希ガスは、Ａｒガス、Ｎｅガス、Ｋｒガスの少なくとも一つを含む、
   請求項５又は請求項６に記載のエッチング方法。
8. 前記多層膜に含まれる難揮発性材料は、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉからなる金属群に含まれる何れか一つの金属、合金化合物、金属酸化物、及び金属窒化物の少なくとも一つを含み、
   前記合金化合物は、前記金属群に含まれる二つ以上の金属からなる化合物であり、
   前記金属酸化物は、前記金属群に含まれる何れか一つの金属の酸化物であり、
   前記金属窒化物は、前記金属群に含まれる何れか一つの金属の窒化物である、
   請求項１～７の何れか一項に記載のエッチング方法。
9. 前記マスク層の材料は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮの少なくとも一つを含む、
   請求項１～８の何れか一項に記載のエッチング方法。

Images