WO2015076010A1 - 被エッチング層をエッチングする方法 - Google Patents

被エッチング層をエッチングする方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2015076010A1
WO2015076010A1 PCT/JP2014/074922 JP2014074922W WO2015076010A1 WO 2015076010 A1 WO2015076010 A1 WO 2015076010A1 JP 2014074922 W JP2014074922 W JP 2014074922W WO 2015076010 A1 WO2015076010 A1 WO 2015076010A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
etching
processing
layer
plasma
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/074922
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
橋本　充
隆 曽根
栄一 西村
恵一 霜田
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東京エレクトロン株式会社 filed Critical 東京エレクトロン株式会社
Priority to EP14863512.1A priority Critical patent/EP3073518B1/en
Priority to KR1020167008370A priority patent/KR102257855B1/ko
Priority to US15/030,406 priority patent/US9647206B2/en
Publication of WO2015076010A1 publication Critical patent/WO2015076010A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02299—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment
    • H01L21/02312—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/02315—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32139—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer using masks
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a method for etching a layer to be etched.
  • an MRAM Magnetic Random Access Memory
  • MTJ Magnetic Tunnel Junction
  • the MRAM element includes a multilayer film when it is made of a difficult-to-etch material containing a metal such as a ferromagnetic material.
  • a PtMn (platinum manganese) layer may be etched using a mask containing Ta (tantalum).
  • Ta tantalum
  • a halogen gas has been conventionally used.
  • reaction products are deposited on the side wall surface of the shape formed by the etching. Moreover, since this reaction product has a high melting point, it is difficult to vaporize. If such deposits are not deposited and removed on the sidewall surface of the MTJ structure of the MRAM device, the function of the MRAM device is impaired.
  • the present inventor has attempted to use a processing gas containing methane gas and argon gas as an etching gas in order to facilitate removal of the reaction product in a later treatment process.
  • the etching used to manufacture the MRAM element has three requirements: (1) high verticality of the shape formed by the etching, and (2) reaction product deposited on the side wall surface of the shape. (3) A high etching selectivity ratio of the layer to be etched with respect to the mask is required.
  • the verticality and selectivity can be improved by increasing the amount of methane gas.
  • the amount of deposit increases.
  • the amount of methane gas is reduced, the amount of deposits can be reduced, but the verticality and selectivity are reduced.
  • the processing gas including methane gas and argon gas has a limit in satisfying the three requirements at the same time.
  • a method for etching an etching target layer of an object to be processed has a mask on the layer to be etched.
  • the to-be-etched layer and the mask are made of a material whose etching efficiency by the rare gas plasma having an atomic number larger than the atomic number of argon is higher than the etching efficiency by the argon gas plasma.
  • the mask is made of a material having a melting point higher than that of the layer to be etched.
  • the method includes exposing the object to be processed to a plasma of a first processing gas containing a first rare gas having an atomic number larger than the atomic number of argon (a).
  • the rare gas having an atomic number larger than the atomic number of argon, that is, the plasma of the first rare gas has a high sputtering efficiency, that is, an etching efficiency, for a material having a relatively large atomic number. Therefore, the plasma of the first processing gas containing the first rare gas can form a shape with higher perpendicularity than the plasma of the processing gas containing argon gas, and removes a lot of deposits. Can do. However, the plasma of the first processing gas is inferior in selectivity to the mask.
  • the rare gas having an atomic number smaller than that of argon, that is, the plasma of the second rare gas has a low sputtering efficiency, that is, an etching efficiency. Therefore, the plasma of the second processing gas containing the second rare gas has a low etching efficiency with respect to a material having a large atomic number. However, the plasma of the second processing gas is excellent in selectivity with respect to the mask.
  • the perpendicularity of the shape formed by etching is improved in the step of exposing the object to be processed to the plasma of the first processing gas, and deposits on the side wall surface of the shape can be reduced.
  • the present method improves the etching selectivity of the etching target layer with respect to the mask by exposing the target object to the plasma of the second processing gas. By sequentially performing these two steps, the present method can simultaneously satisfy the above three requirements.
  • An example of the layer to be etched is a PtMn layer, and an example of the mask is a mask containing Ta. Further, the first processing gas and the second processing gas may further contain methane gas.
  • the shape has high verticality, and the amount of deposits deposited on the side wall surface of the shape is small. It is possible to simultaneously satisfy the etching selectivity ratio of the etching target layer with respect to the mask.
  • FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of a method for etching a layer to be etched.
  • the method MT shown in FIG. 1 includes a process ST1 and a process ST2.
  • step ST1 an object to be processed (hereinafter referred to as a “wafer”) having an etching target layer is exposed to plasma of a first processing gas containing a first rare gas.
  • step ST2 the wafer is exposed to the plasma of the second processing gas containing the second rare gas.
  • these steps ST1 and ST2 may be performed alternately and repeatedly.
  • the first rare gas contained in the first process gas is a rare gas having an atomic number larger than the atomic number of the argon gas, for example, Kr gas.
  • the second rare gas contained in the second process gas is a rare gas having an atomic number smaller than the atomic number of the argon gas, for example, Ne gas.
  • the first processing gas and the second processing gas may further include methane gas and hydrogen gas.
  • the wafer to which the method MT is applied has a layer to be etched and a mask provided on the layer to be etched.
  • the to-be-etched layer and the mask are made of a material whose etching efficiency by the rare gas plasma having an atomic number larger than the atomic number of argon is higher than the etching efficiency by the argon gas plasma.
  • the mask is made of a material having a melting point higher than that of the layer to be etched.
  • the to-be-etched layer and the mask can be made of any material.
  • the mask may include a film composed of TiN, Ta, Ti, TaN, or W.
  • the etched layer can be a layer made of PtMn, IrMn, CoPd, CoPt, Ru, Mgo, CoFeB, CoFe, or Ni.
  • the etching target layer is etched by the first processing gas in the step ST1.
  • a rare gas having an atomic number greater than the atomic number of argon that is, a plasma of the first rare gas
  • the plasma of the first processing gas is inferior in selectivity to the mask.
  • the rare gas having an atomic number smaller than that of argon, that is, the plasma of the second rare gas has a low sputtering efficiency, that is, an etching efficiency. Therefore, the plasma of the second processing gas containing the second rare gas has a low etching efficiency with respect to a material having a large atomic number.
  • the plasma of the second processing gas is excellent in selectivity with respect to the mask.
  • FIG. 10 is a graph showing the sputtering yield of each of Ne, Ar, and Kr. Specifically, the graph shown in FIG. 10 shows the efficiency at which each of Ne ions, Ar ions, and Kr ions having an incident energy of 3000 ev etches an etching target layer composed of different metals, that is, sputter yield SY (atom / ion) is calculated.
  • the sputter yield SY is the number of metal atoms released from the etching target layer when one ion enters the etching target layer.
  • the horizontal axis indicates the type of metal atom
  • the vertical axis indicates the sputter yield SY.
  • Kr ions have a high sputter yield SY, that is, a high sputter efficiency with respect to metals that can constitute the etching target layer, such as Pt, Mn, Mg, F, Co, and Ru. Yes.
  • Kr ions have one or more sputter yields SY with respect to Ti or Ta constituting the mask. Therefore, the first processing gas containing the first rare gas such as Kr can form a highly perpendicular shape in the etching target layer, and can remove a lot of deposits. However, the first process gas is inferior in selectivity to the mask.
  • Ne ions have one or more sputter yields SY that are low relative to metals that can constitute the layer to be etched, such as Pt, Mn, Mg, F, Co, and Ru. Further, Ne ions have a sputter yield SY smaller than 1 with respect to Ti or Ta that can form a mask. Therefore, the second processing gas containing the second rare gas such as Ne has a low etching efficiency with respect to the metal that can form the etching target layer, but can etch the metal. Also, the second process gas does not substantially etch the mask.
  • the verticality of the shape formed by etching is improved by exposing the wafer to the plasma of the first processing gas, and the shape with respect to the sidewall surface of the shape is improved. It becomes possible to reduce the amount of deposits. Further, the etching selectivity of the etching target layer with respect to the mask can be improved by the step of exposing the target object to the plasma of the second processing gas. Therefore, according to the method MT, by sequentially performing these two steps, three requirements are satisfied: (1) high verticality of the shape formed by etching, and (2) deposition on the side wall surface of the shape. It is possible to satisfy the small amount of the object and (3) the high etching selectivity of the etching target layer with respect to the mask.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an object to be processed to which the method MT is applied.
  • An example of the object to be processed shown in FIG. 2, that is, the wafer W is a product obtained in the middle of manufacturing the MRAM element having the MTJ structure.
  • the wafer W has a base layer 100, a layer to be etched 102, an MTJ structure 104, and an upper layer 106.
  • the underlayer 100 is a layer that serves as a lower electrode, and can be made of Ta, and has a thickness of 3 nm.
  • the to-be-etched layer 102 is provided on the base layer 100.
  • the layer to be etched 102 is a layer that becomes a pinning layer, and is made of PtMn, and has a thickness of 20 nm.
  • the upper layer 106 is provided above the etching target layer 102, and includes Ta in one example. The thickness of the upper layer 106 is, for example, 50 nm.
  • the MTJ structure 104 is provided between the etching target layer 102 and the upper layer 106, and is composed of a multilayer film containing a metal such as a ferromagnetic material.
  • the MTJ structure 104 is configured to include an insulating layer 104c between the first magnetic layer 104a and the second magnetic layer 104b.
  • the first magnetic layer 104a and the second magnetic layer 104b are made of, for example, CoFeB, and each has a thickness of 2.5 nm.
  • the insulating layer 104c is, for example, a metal oxide layer such as an MgO layer, an aluminum oxide layer, or a titanium oxide layer, and has a thickness of 1 to 2 nm.
  • the wafer W can further include a magnetic layer 107 and a magnetic layer 108.
  • the magnetic layer 107 is provided on the etching target layer 102 and can be made of, for example, CoFe.
  • the magnetic layer 108 is provided between the magnetic layer 107 and the MTJ structure 104, and is made of, for example, Ru and has a thickness of 0.8 nm.
  • the etching target layer 102 of the wafer W is an example of an etching target of the method MT.
  • a stacked structure including the upper layer 106, the MTJ structure 104, the magnetic layer 107, and the magnetic layer 108 is a mask. As a result, the etching target layer 102 is etched.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a plasma processing apparatus.
  • a plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 3 is a capacitively coupled plasma processing apparatus.
  • the method MT can be performed using any plasma processing apparatus such as an inductively coupled plasma processing apparatus or a plasma processing apparatus using surface waves such as microwaves.
  • the plasma processing apparatus 10 includes a processing container 12.
  • the processing container 12 has a substantially cylindrical shape and defines a processing space S as its internal space.
  • the plasma processing apparatus 10 includes a substantially disk-shaped base 14 in a processing container 12.
  • the base 14 is provided below the processing space S.
  • the base 14 is made of, for example, aluminum and constitutes a lower electrode.
  • the base 14 has a function of absorbing the heat of the electrostatic chuck 50 described later in the process and cooling the electrostatic chuck 50.
  • a refrigerant flow path 15 is formed inside the base 14, and a refrigerant inlet pipe and a refrigerant outlet pipe are connected to the refrigerant flow path 15.
  • an appropriate refrigerant such as cooling water is circulated through the refrigerant flow path 15.
  • the base 14 and the electrostatic chuck 50 are controlled to a predetermined temperature.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes a cylindrical holding portion 16 and a cylindrical support portion 17.
  • the cylindrical holding portion 16 holds the base 14 in contact with the side and bottom edges of the base 14.
  • the cylindrical support portion 17 extends in the vertical direction from the bottom portion of the processing container 12 and supports the base 14 via the cylindrical holding portion 16.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes a focus ring 18 placed on the upper surface of the cylindrical holder 16.
  • the focus ring 18 can be made of, for example, silicon or quartz.
  • an exhaust path 20 is formed between the side wall of the processing vessel 12 and the cylindrical support portion 17.
  • a baffle plate 22 is attached to the inlet of the exhaust passage 20 or in the middle thereof.
  • An exhaust port 24 is provided at the bottom of the exhaust path 20.
  • the exhaust port 24 is defined by an exhaust pipe 28 fitted in the bottom of the processing container 12.
  • An exhaust device 26 is connected to the exhaust pipe 28.
  • the exhaust device 26 has a vacuum pump and can depressurize the processing space S in the processing container 12 to a predetermined degree of vacuum.
  • a gate valve 30 for opening and closing the loading / unloading port for the wafer W is attached to the side wall of the processing chamber 12.
  • the base 14 is electrically connected to a high frequency power source 32 for ion attraction through a matching unit 34.
  • the high frequency power supply 32 applies a high frequency bias power of a frequency suitable for ion attraction, for example, 400 KHz, to the lower electrode, that is, the base 14.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes a shower head 38.
  • the shower head 38 is provided above the processing space S.
  • the shower head 38 includes an electrode plate 40 and an electrode support 42.
  • the electrode plate 40 is a conductive plate having a substantially disk shape and constitutes an upper electrode.
  • a high frequency power source 35 for plasma generation is electrically connected to the electrode plate 40 via a matching unit 36.
  • the high frequency power supply 35 supplies a plasma generation frequency, for example, a high frequency power of 60 MHz to the electrode plate 40.
  • a high frequency electric field is formed in the space between the base 14 and the electrode plate 40, that is, the processing space S.
  • the electrode plate 40 has a plurality of gas vent holes 40h.
  • the electrode plate 40 is detachably supported by an electrode support 42.
  • a buffer chamber 42 a is provided inside the electrode support 42.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes a gas supply unit 44, and the gas supply unit 44 is connected to the gas introduction port 25 of the buffer chamber 42 a through a gas supply conduit 46.
  • the gas supply unit 44 supplies a processing gas to the processing space S.
  • the gas supply unit 44 can supply a plurality of types of gases. In one embodiment, the gas supply unit 44 can supply methane gas, first rare gas, second rare gas, and hydrogen gas.
  • the electrode support 42 is formed with a plurality of holes that are respectively continuous with the plurality of gas vent holes 40h, and the plurality of holes communicate with the buffer chamber 42a. Therefore, the gas supplied from the gas supply unit 44 is supplied to the processing space S via the buffer chamber 42a and the gas vent 40h.
  • a magnetic field forming mechanism 48 extending in a ring shape or concentric shape is provided on the ceiling portion of the processing container 12 of the plasma processing apparatus 10.
  • the magnetic field forming mechanism 48 functions to facilitate the start of high-frequency discharge (plasma ignition) in the processing space S and maintain stable discharge.
  • the electrostatic chuck 50 is provided on the upper surface of the base 14.
  • the electrostatic chuck 50 includes an electrode 52 and a pair of insulating films 54a and 54b.
  • the insulating films 54a and 54b are films formed of an insulator such as ceramic.
  • the electrode 52 is a conductive film and is provided between the insulating film 54a and the insulating film 54b.
  • a direct current power source 56 is connected to the electrode 52 via a switch SW. When a DC voltage is applied to the electrode 52 from the DC power source 56, a Coulomb force is generated, and the wafer W is attracted and held on the electrostatic chuck 50 by the Coulomb force.
  • a heater which is a heating element, is embedded inside the electrostatic chuck 50 so that the wafer W can be heated to a predetermined temperature. The heater is connected to a heater power supply via wiring.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes gas supply lines 58 and 60 and heat transfer gas supply units 62 and 64.
  • the heat transfer gas supply unit 62 is connected to a gas supply line 58.
  • the gas supply line 58 extends to the upper surface of the electrostatic chuck 50 and extends in an annular shape at the central portion of the upper surface.
  • the heat transfer gas supply unit 62 supplies a heat transfer gas such as He gas between the upper surface of the electrostatic chuck 50 and the wafer W, for example.
  • the heat transfer gas supply unit 64 is connected to the gas supply line 60.
  • the gas supply line 60 extends to the upper surface of the electrostatic chuck 50 and extends in an annular shape so as to surround the gas supply line 58 on the upper surface.
  • the heat transfer gas supply unit 64 supplies a heat transfer gas such as He gas between the upper surface of the electrostatic chuck 50 and the wafer W, for example.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes a control unit 66.
  • the control unit 66 is connected to the exhaust device 26, the switch SW, the high frequency power source 32, the matching unit 34, the high frequency power source 35, the matching unit 36, the gas supply unit 44, and the heat transfer gas supply units 62 and 64.
  • the control unit 66 sends control signals to the exhaust device 26, the switch SW, the high frequency power supply 32, the matching unit 34, the high frequency power source 35, the matching unit 36, the gas supply unit 44, and the heat transfer gas supply units 62 and 64, respectively. To do.
  • the plasma processing apparatus 10 can selectively supply the first processing gas and the second processing gas from the gas supply unit 44 to the processing space S.
  • a processing gas such as the first processing gas and the second processing gas
  • a high-frequency electric field is formed between the electrode plate 40 and the base 14, that is, in the processing space S.
  • plasma is generated. Etching of the etching target layer of the wafer W is performed by the active species of the elements contained in the processing gas.
  • the etched layer 102 was a PtMn layer having a thickness of 20 nm.
  • the upper layer 106 was a Ta layer, and the total thickness of the upper layer 106 and the MTJ structure 104 was about 50 nm.
  • FIG. 4 is a graph showing the etching efficiency of the etching target layer according to the type of rare gas.
  • the etching efficiency in FIG. 4 is obtained by changing the rare gas in the processing gas. Specifically, three types of argon (Ar) gas, Kr gas, and Ne gas were used as the rare gas. Other conditions when the etching efficiency in FIG. 4 is obtained are as follows.
  • the horizontal axis indicates the type of the rare gas in the processing gas in the processing gas
  • the vertical axis indicates the etching rate when the processing gas containing Ar gas is “1”.
  • the etching rate that is, the etching efficiency in the case of using a processing gas containing other rare gas is shown.
  • the processing gas containing Kr gas has higher etching efficiency for the etching target layer 102 than the processing gas containing Ar gas, while the etching gas containing Ne gas is used for etching the etching target layer 102. It is confirmed that the efficiency is low.
  • FIG. 5 is a diagram showing three graphs showing the influence of the type of the rare gas and the shape of the etching time.
  • the data shown in FIG. 5 shows the etching time dependency of the shape when the etching target layer 102 is etched under the same conditions as the data acquisition conditions of FIG.
  • FIG. 5A shows the relationship between the etching time (horizontal axis) and the angle ⁇ (vertical axis).
  • FIG. 5B shows the relationship between the etching time (horizontal axis) and the deposit thickness DA (vertical axis).
  • FIG. 5C shows the relationship between the etching time (horizontal axis) and the thickness MH of the mask MK after etching. As shown in FIG.
  • the angle ⁇ is an angle formed by the side wall surface of the etched layer 102 after etching with respect to the base layer.
  • the thickness DA of the deposit is the horizontal thickness of the deposit DP left along the side wall surface of the mask MK after the etching.
  • the thickness MH is the thickness in the film thickness direction of the mask MK left after etching.
  • the legend “Ar gas” indicates data when a processing gas containing Ar gas is used
  • the legend “Kr gas” indicates data when a processing gas containing Kr gas is used.
  • the legend “Ne gas” indicates data when a processing gas containing Ar gas is used.
  • the deposit DP has a large thickness DA while the treatment gas containing Kr gas is used when any of the treatment gas containing Ne gas and the treatment gas containing Ar gas is used.
  • the gas it is confirmed that the thickness DA of the deposit DP tends to decrease in proportion to the length of the etching time. Therefore, it is confirmed that the amount of deposits can be reduced by using a processing gas containing Kr gas as a rare gas.
  • the thickness MH of the mask MK is reduced, while when the processing gas containing Ne gas is used, the mask is reduced. It is confirmed that the thickness MH of the MK increases. Therefore, when a processing gas containing Ne gas is used, the thickness of the mask MK can be maintained, that is, the selectivity of the etching target layer 102 with respect to the mask MK can be increased. It is confirmed.
  • FIG. 7A shows a cross-sectional view of the state of the wafer after etching when a processing gas containing Ar gas is used
  • FIG. 7B shows a processing gas containing Ne gas
  • FIG. 7C shows a cross-sectional view of the state of the wafer after etching when a processing gas containing Kr gas is used. It is shown.
  • the processing gas containing Kr gas is used in contrast to the tendency in the case of using a processing gas containing Ar gas (see FIG. 7A), as shown in FIG. 7C.
  • the verticality of the sidewalls of the layer 102 can be increased and the amount of deposit DP can be reduced.
  • the film thickness of the mask MK is reduced and the shoulder of the mask MK is also sharpened.
  • the verticality of the sidewall of the etching target layer 102 is increased by using the processing gas containing Ne gas.
  • the film thickness of the mask MK can be maintained although the amount of the deposit DP is increased and the amount of the deposit DP is increased. That is, the selectivity of the etching target layer 102 with respect to the mask MK can be increased by using a processing gas containing Ne gas.
  • FIG. 8 is a diagram showing three graphs showing the influence of the type of rare gas and the flow rate of methane gas on the shape.
  • the data shown in FIG. 8 was acquired by changing the flow rate of methane gas in the processing gas based on the conditions for data acquisition in FIG. Specifically, FIG. 8A shows the relationship between the flow rate ratio (horizontal axis) of methane gas in the processing gas and the angle ⁇ (vertical axis). 8B shows the relationship between the flow rate ratio of methane gas in the processing gas (horizontal axis) and the thickness DA (vertical axis) of the deposit.
  • FIG. 8A shows the relationship between the flow rate ratio (horizontal axis) of methane gas in the processing gas and the angle ⁇ (vertical axis).
  • 8B shows the relationship between the flow rate ratio of methane gas in the processing gas (horizontal axis) and the thickness DA (vertical axis) of the deposit.
  • FIG. 8A shows the relationship between the flow rate ratio
  • FIG. 8C shows the relationship between the flow rate ratio of methane gas in the processing gas (horizontal axis) and the thickness MH of the mask MK after etching.
  • the legend “Ar gas” indicates data when a processing gas containing Ar gas is used
  • the legend “Kr gas” indicates data when a processing gas containing Kr gas is used. Show.
  • FIG. 9 is a diagram showing three graphs showing influences on the type of rare gas and the shape of the high-frequency bias power.
  • the data shown in FIG. 9 was acquired by changing the high frequency bias power based on the data acquisition conditions of FIG.
  • FIG. 9A shows the relationship between the etching time (horizontal axis) and the angle ⁇ (vertical axis).
  • FIG. 9B shows the relationship between the etching time (horizontal axis) and the deposit thickness DA (vertical axis).
  • FIG. 9C shows the relationship between the etching time (horizontal axis) and the thickness MH of the mask MK after etching.
  • FIG. 9A shows the relationship between the etching time (horizontal axis) and the angle ⁇ (vertical axis).
  • FIG. 9B shows the relationship between the etching time (horizontal axis) and the deposit thickness DA (vertical axis).
  • FIG. 9C shows the relationship between the etching time (horizontal axis
  • the legend “Ar (1500 W)” indicates data when a high-frequency bias power of 1500 W is supplied using a processing gas containing Ar gas, and the legend “Kr (1500 W)” is Kr.
  • the data when a high-frequency bias power of 1500 W is supplied using a processing gas containing gas is shown, and the legend “Kr (1000 W)” supplies a high-frequency bias power of 1000 W using a processing gas containing Kr gas. Shows the case data.
  • the angle ⁇ can be increased by increasing the high-frequency bias power, that is, the verticality can be improved. It is confirmed that it is possible. In addition, it is confirmed that even with the same high-frequency bias power, it is possible to obtain high verticality by using a processing gas containing Kr gas, as compared with the case of using a processing gas containing Ar gas. Is done. Further, even when a low high-frequency bias power (1000 W) is used, a vertical gas equivalent to the case where a processing gas containing Kr gas is used, a processing gas containing Ar gas is used, and a high high-frequency bias power (1500 W) is used. It is confirmed that it is possible to obtain sex.
  • the amount of deposits can be reduced by using the processing gas containing Kr gas as compared with the processing gas containing Ar gas. It is confirmed that Further, referring to FIG. 9C, by reducing the high-frequency bias power (1000 W), even when a processing gas containing Kr gas is used, the level is the same as that when a processing gas containing Ar gas is used. It is confirmed that the film thickness of the mask MK can be maintained. That is, it is confirmed that even if a processing gas containing Kr gas is used, it is possible to realize the selectivity equivalent to the processing gas containing Ar gas.
  • the verticality can be improved as compared with the processing gas containing Ar gas. And the amount of deposits can be reduced.
  • the first processing gas containing the first rare gas it is possible to maintain the thickness of the mask MK at the same level as the processing gas containing Ar gas, that is, to obtain selectivity. It is.
  • the second processing gas containing the second rare gas such as Ne gas, the selectivity can be improved as compared with the case of using the processing gas containing Kr gas or Ar gas. Therefore, by sequentially performing the process ST1 and the process ST2, it is possible to satisfy three requirements, that is, improvement in verticality, a small amount of deposits, and improvement in selectivity.
  • the method MT was applied using the plasma processing apparatus 10 to the same wafer at the time of data acquisition in FIG.
  • the etching target layer 102 of the same wafer was etched using only a processing gas containing Ar gas.
  • the etching target layer 102 of the same wafer was etched using only a processing gas containing Kr gas.
  • the conditions of the experimental example, the first reference example, and the second reference example are shown below.
  • the thickness DA of the deposit, and the thickness MH of the mask MK after etching in each of the experimental example, the first reference example, and the second reference example It is confirmed that the verticality of an impossible level can be realized when only the processing gas using Ar gas is used (first reference example), and the amount of deposits can be reduced. Further, in the method MT, the thickness is larger than when only the processing gas containing Kr gas is used (second reference example), and the same thickness as when only the processing gas using Ar gas is used (first reference example). Thus, it was confirmed that the mask MK can be maintained, that is, it is possible to obtain the same selectivity as when only the processing gas using Ar gas is used.
  • the first processing gas and the second processing gas contain methane and hydrogen gas, but as long as they contain the first noble gas and the second noble gas, respectively, and contain carbon and hydrogen,
  • the first processing gas and the second processing gas may include any gas.
  • the layer made of PtMn is exemplified as the etching target layer 102, but the etching target layer to be etched in the method MT can be etched using the upper layer 106 as a mask.
  • Another layer for example, a layer included in the MTJ structure 104, the magnetic layer 107, and / or the magnetic layer 108 may be used.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Plasma processing apparatus, 12 ... Processing container, 32 ... High frequency power supply (for high frequency bias power supply), W ... Wafer, 100 ... Underlayer, 102 ... Etched layer, 104 ... MTJ structure, 106 ... Upper layer, MK ... Mask , DP ... deposit, MT ... method, ST1 ... step, ST2 ... step.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Abstract

　被処理体の被エッチング層をエッチングする方法が提供される。被処理体は、被エッチング層上にマスクを有している。被エッチング層及びマスクは、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する希ガスのプラズマによるエッチング効率が、アルゴンガスのプラズマによるエッチング効率よりも高い材料から構成されている。また、マスクは、被エッチング層の融点よりも高い融点を有する材料から構成されている。このような被処理体に対して、本方法は、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する第１の希ガスを含む第１の処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程（ａ）と、アルゴンの原子番号よりも小さい原子番号を有する第２の希ガスを含む第２の処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程（ｂ）と、を含む。

Description

被エッチング層をエッチングする方法
　本発明の実施形態は、被エッチング層をエッチングする方法に関するものである。
　磁気抵抗効果素子を用いたメモリ素子の一種として、ＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有するＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）素子が注目されている。
　ＭＲＡＭ素子は、強磁性体などの金属を含有する難エッチング材料から構成されたら多層膜を含んでいる。このようなＭＲＡＭ素子の製造では、例えば、ＰｔＭｎ（白金マンガン）層を、Ｔａ（タンタル）を含むマスクを用いてエッチングすることがある。このようなエッチングでは、特開２０１２－２０４４０８号公報に記載されているように、従来から、ハロゲンガスが用いられている。
特開２０１２－２０４４０８号公報
　しかしながら、ハロゲンガスのプラズマを用いたエッチングでは、当該エッチングによって形成された形状の側壁面に、反応生成物が堆積する。また、この反応生成物は高い融点を有するので、気化されにくい。このような堆積物がＭＲＡＭ素子のＭＴＪ構造の側壁面に堆積して除去されないと、ＭＲＡＭ素子の機能が損なわれる。
　そこで、本願発明者は、後のトリートメント工程での当該反応生成物の除去を容易とするため、エッチング用のガスとして、メタンガス及びアルゴンガスを含有する処理ガスを利用する試みを行っている。
　一方、ＭＲＡＭ素子の製造に用いられるエッチングには、三つの要件、即ち、（１）当該エッチングによって形成される形状の垂直性の高さ、（２）当該形状の側壁面に堆積する反応生成物の量、即ち堆積物の量の少なさ、（３）マスクに対する被エッチング層のエッチングの選択比の高さが要求される。
　メタンガス及びアルゴンガスを含む処理ガスのプラズマを用いたエッチングでは、メタンガスの量を増加させると、垂直性及び選択比を向上させることが可能である。しかしながら、堆積物の量が多くなる。一方、メタンガスの量を低減させると、堆積物の量を減少させることができるが、垂直性及び選択比が低下する。このように、メタンガス及びアルゴンガスを含む処理ガスでは、三つの要件を同時に満たすことに限界がある。
　したがって、ＭＲＡＭ素子の製造のように金属を含有する被エッチング層のエッチングにおいて、上述した三つの要件を満たすことが必要となっている。
　一側面においては、被処理体の被エッチング層をエッチングする方法が提供される。被処理体は、被エッチング層上にマスクを有している。被エッチング層及びマスクは、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する希ガスのプラズマによるエッチング効率が、アルゴンガスのプラズマによるエッチング効率よりも高い材料から構成されている。また、マスクは、被エッチング層の融点よりも高い融点を有する材料から構成されている。このような被処理体に対して、本方法は、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する第１の希ガスを含む第１の処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程（ａ）と、アルゴンの原子番号よりも小さい原子番号を有する第２の希ガスを含む第２の処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程（ｂ）と、を含む。一形態においては、工程（ａ）と工程（ｂ）が交互に繰り返される。
　アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号の希ガス、即ち第１の希ガスのプラズマは、比較的原子番号の大きい材料に対して高いスパッタ効率、即ち、エッチング効率を有する。したがって、当該第１の希ガスを含む第１の処理ガスのプラズマは、アルゴンガスを含む処理ガスのプラズマよりも、垂直性の高い形状を形成することを可能とし、堆積物を多く除去することができる。しかしながら、第１の処理ガスのプラズマは、マスクに対する選択性に劣る。一方、アルゴンの原子番号よりも小さい原子番号の希ガス、即ち第２の希ガスのプラズマは、低いスパッタ効率、即ち、エッチング効率を有する。したがって、第２の希ガスを含む第２の処理ガスのプラズマは、原子番号の大きい材料に対して低いエッチング効率を有する。しかしながら、第２の処理ガスのプラズマは、マスクに対する選択性に優れる。
　本方法は、第１の処理ガスのプラズマに被処理体を晒す工程で、エッチングによって形成される形状の垂直性を向上させ、また、当該形状の側壁面に対する堆積物を少なくすることを可能とする。また、本方法は、第２の処理ガスのプラズマに被処理体を晒す工程により、マスクに対する被エッチング層のエッチングの選択比を向上させる。かかる二つの工程を順次行うことにより、本方法は、上述した三つの要件を同時に満たすことが可能とする。
　なお、被エッチング層の一例は、ＰｔＭｎ層であり、マスクの一例は、Ｔａを含むマスクである。また、第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、メタンガスを更に含んでいてもよい。
　以上説明したように、金属といった比較的大きい原子番号の材料から構成された被エッチング層のエッチングにおいて、形状の垂直性の高さ、当該形状の側壁面に堆積する堆積物の量の少なさ、マスクに対する被エッチング層のエッチングの選択比の高さを同時に満たすことが可能となる。
被エッチング層をエッチングする方法の一実施形態を示す流れ図である。 方法ＭＴが適用される被処理体の一例を示す図である。 プラズマ処理装置の一例を示す図である。 希ガスの種別に応じた被エッチング層のエッチング効率を示すグラフである。 希ガスの種別及びエッチング時間の形状に対する影響を示す三つのグラフを示す図である。 形状のパラメータを示す図である。 希ガスの種別とエッチングによって形成される形状の傾向を示す図である。 希ガスの種別、及び、メタンガスの流量の形状に対する影響を示す三つのグラフを示す図である。 希ガスの種別、及び、高周波バイアス電力の形状に対する影響を示す三つのグラフを示す図である。 Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒそれぞれのスパッタイールドを示すグラフである。
　以下、図面を参照して種々の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、被エッチング層をエッチングする方法の一実施形態を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含む。工程ＳＴ１では、被エッチング層を有する被処理体（以下、「ウエハ」という）が、第１の希ガスを含む第１の処理ガスのプラズマに晒される。また、工程ＳＴ２では、ウエハが第２の希ガスを含む第２の処理ガスのプラズマに晒される。一実施形態においては、これら工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２は、交互に繰り返して実行されてもよい。
　第１の処理ガスに含まれる第１の希ガスは、アルゴンガスの原子番号よりも大きい原子番号を有する希ガスであり、例えば、Ｋｒガスである。また、第２の処理ガスに含まれる第２の希ガスは、アルゴンガスの原子番号よりも小さい原子番号を有する希ガスであり、例えば、Ｎｅガスである。また、第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、メタンガス及び水素ガスを更に含み得る。
　方法ＭＴの適用対象であるウエハは、被エッチング層、及び、当該被エッチング層上に設けられたマスクを有する。被エッチング層及びマスクは、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する希ガスのプラズマによるエッチング効率が、アルゴンガスのプラズマによるエッチング効率よりも高い材料から構成される。また、マスクは、被エッチング層の融点よりも高い融点を有する材料から構成される。かかる材料である限り、被エッチング層及びマスクは、任意の材料から構成され得る。例えば、マスクは、ＴｉＮ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、又はＷから構成される膜を含み得る。また、被エッチング層は、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＣｏＰｄ，ＣｏＰｔ、Ｒｕ、Ｍｇｏ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ、又はＮｉから構成される層であり得る。
　方法ＭＴでは、工程ＳＴ１において、第１の処理ガスにより被エッチング層がエッチングされる。アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する希ガス、即ち第１の希ガスのプラズマは、比較的原子番号の大きい材料に対して高いスパッタ効率、即ち、エッチング効率を有する。したがって、当該第１の希ガスを含む第１の処理ガスのプラズマは、アルゴンガスを含む処理ガスのプラズマよりも、垂直性の高い形状を形成することを可能とし、堆積物を多く除去することができる。しかしながら、第１の処理ガスのプラズマは、マスクに対する選択性に劣る。一方、アルゴンの原子番号よりも小さい原子番号の希ガス、即ち第２の希ガスのプラズマは、低いスパッタ効率、即ち、エッチング効率を有する。したがって、第２の希ガスを含む第２の処理ガスのプラズマは、原子番号の大きい材料に対して低いエッチング効率を有する。しかしながら、第２の処理ガスのプラズマは、マスクに対する選択性に優れる。
　図１０は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒそれぞれのスパッタイールドを示すグラフである。具体的に、図１０に示すグラフは、３０００ｅｖの入射エネルギーを有するＮｅイオン、Ａｒイオン、Ｋｒイオンのそれぞれが、異なる金属から構成された被エッチング層をエッチングする効率、即ちスパッタイールドＳＹ（ａｔｏｍ／ｉｏｎ）を計算した結果を示している。スパッタイールドＳＹは、一つのイオンが被エッチング層に入射したときに、当該被エッチング層から放出される金属原子の個数である。図１０において、横軸には金属原子の種別が示されており、縦軸にはスパッタイールドＳＹが示されている。
　図１０に示すように、Ｋｒイオンは、被エッチング層を構成し得る金属、例えば、Ｐｔ、Ｍｎ、Ｍｇ，Ｆ、Ｃｏ，Ｒｕ等に対して高いスパッタイールドＳＹ、即ち高いスパッタ効率を有している。しかしながら、Ｋｒイオンは、マスクを構成するＴｉ又はＴａに対しても１以上のスパッタイールドＳＹを有している。したがって、Ｋｒといった第１の希ガスを含む第１の処理ガスは、被エッチング層に垂直性の高い形状を形成することを可能とし、堆積物を多く除去することができる。しかしながら、第１の処理ガスは、マスクに対する選択性に劣る。
　一方、Ｎｅイオンは、被エッチング層を構成し得る金属、例えば、Ｐｔ、Ｍｎ、Ｍｇ，Ｆ、Ｃｏ，Ｒｕ等に対して低いものの１以上のスパッタイールドＳＹを有している。また、Ｎｅイオンは、マスクを構成し得るＴｉ又はＴａに対して、１よりも小さなスパッタイールドＳＹを有している。したがって、Ｎｅといった第２の希ガスを含む第２の処理ガスは、被エッチング層を構成し得る金属に対して低いエッチング効率を有するものの、当該金属をエッチングし得る。また、第２の処理ガスは、マスクを実質的にエッチングしない。
　方法ＭＴでは、図１０に示すグラフから明らかなように、第１の処理ガスのプラズマにウエハを晒す工程により、エッチングによって形成される形状の垂直性を向上させ、また、当該形状の側壁面に対する堆積物の量を少なくすることが可能となる。また、第２の処理ガスのプラズマに被処理体を晒す工程により、マスクに対する被エッチング層のエッチングの選択比を向上させることが可能となる。よって、方法ＭＴによれば、かかる二つの工程を順次行うことにより、三つの要件、即ち、（１）エッチングによって形成される形状の垂直性の高さ、（２）当該形状の側壁面に対する堆積物の量の少なさ、（３）マスクに対する被エッチング層のエッチングの選択比の高さ、を同時に満たすことが可能である。
　図２は、方法ＭＴが適用される被処理体の一例を示す図である。図２に示す被処理体の一例、即ち、ウエハＷは、ＭＴＪ構造を有するＭＲＡＭ素子の製造の途中で得られる生産物である。図２に示すように、ウエハＷは、下地層１００、被エッチング層１０２、ＭＴＪ構造１０４、及び、上層１０６を有している。下地層１００は、一例においては下部電極となる層であり、Ｔａから構成され得るものであり、その厚さは３ｎｍである。被エッチング層１０２は、下地層１００上に設けられており、一例においては、ピン止め層となる層であり、ＰｔＭｎから構成されており、その厚さは２０ｎｍである。また、上層１０６は、被エッチング層１０２の上方に設けられており、一例においては、Ｔａを含んでいる。上層１０６の厚さは、例えば５０ｎｍである。ＭＴＪ構造１０４は、被エッチング層１０２と上層１０６との間に設けられており、強磁性体材料といった金属を含有する多層膜から構成される。ＭＴＪ構造１０４は、例えば、第１磁性層１０４ａと第２磁性層１０４ｂとの間に絶縁層１０４ｃを有するように構成される。第１磁性層１０４ａ及び第２磁性層１０４ｂは、例えば、ＣｏＦｅＢから構成され、それぞれの厚さは２．５ｎｍである。絶縁層１０４ｃは、例えば、ＭｇＯ層、酸化アルミニウム層、酸化チタン層等の金属酸化物層であり、その厚さは１，２ｎｍである。また、ウエハＷは、更に、磁性層１０７及び磁性層１０８を有し得る。磁性層１０７は被エッチング層１０２上に設けられており、例えば、ＣｏＦｅから構成され得る。磁性層１０８は、磁性層１０７とＭＴＪ構造１０４との間に設けられており、例えば、Ｒｕから構成されており、その厚さは０．８ｎｍである。このウエハＷの被エッチング層１０２は、方法ＭＴのエッチング対象の一例であり、方法ＭＴの一適用例においては、上層１０６、ＭＴＪ構造１０４、磁性層１０７、及び磁性層１０８からなる積層構造がマスクＭＫとなって、被エッチング層１０２がエッチングされる。
　以下、方法ＭＴの実施に用いることが可能な、プラズマ処理装置について説明する。図３は、プラズマ処理装置の一例を示す図である。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。なお、方法ＭＴの実施には、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波を用いるプラズマ処理装置のように、任意のプラズマ処理装置を用いることができる。
　図３に示すように、プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有しており、その内部空間として処理空間Ｓを画成している。プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内に、略円板形状のベース１４を備えている。ベース１４は、処理空間Ｓの下方に設けられている。ベース１４は、例えばアルミニウム製であり、下部電極を構成している。ベース１４は、プロセスにおいて後述する静電チャック５０の熱を吸熱して、静電チャック５０を冷却する機能を有する。
　ベース１４の内部には、冷媒流路１５が形成されており、冷媒流路１５には、冷媒入口配管、冷媒出口配管が接続されている。プラズマ処理装置１０では、冷媒流路１５に適宜の冷媒、例えば冷却水等が循環される。これによって、ベース１４及び静電チャック５０が所定の温度に制御されるようになっている。
　また、プラズマ処理装置１０は、筒状保持部１６及び筒状支持部１７を更に備えている。筒状保持部１６は、ベース１４の側面及び底面の縁部に接して、ベース１４を保持している。筒状支持部１７は、処理容器１２の底部から垂直方向に延在し、筒状保持部１６を介してベース１４を支持している。プラズマ処理装置１０は、この筒状保持部１６の上面に載置されるフォーカスリング１８を更に備えている。フォーカスリング１８は、例えば、シリコン又は石英から構成され得る。
　一実施形態においては、処理容器１２の側壁と筒状支持部１７との間には、排気路２０が形成されている。排気路２０の入口又はその途中には、バッフル板２２が取り付けられている。また、排気路２０の底部には、排気口２４が設けられている。排気口２４は、処理容器１２の底部に嵌め込まれた排気管２８によって画成されている。この排気管２８には、排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、真空ポンプを有しており、処理容器１２内の処理空間Ｓを所定の真空度まで減圧することができる。処理容器１２の側壁には、ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。
　ベース１４には、イオン引き込み用の高周波電源３２が整合器３４を介して電気的に接続されている。高周波電源３２は、イオン引き込みに適した周波数、例えば、４００ＫＨｚの高周波バイアス電力を下部電極、即ち、ベース１４に印加する。
　プラズマ処理装置１０は、更に、シャワーヘッド３８を備えている。シャワーヘッド３８は、処理空間Ｓの上方に設けられている。シャワーヘッド３８は、電極板４０及び電極支持体４２を含んでいる。
　電極板４０は、略円板形状を有する導電性の板であり、上部電極を構成している。電極板４０には、プラズマ生成用の高周波電源３５が整合器３６を介して電気的に接続されている。高周波電源３５は、プラズマ生成用の周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を電極板４０に供給する。高周波電源３５によって電極板４０に高周波電力が与えられると、ベース１４と電極板４０との間の空間、即ち、処理空間Ｓには高周波電界が形成される。
　電極板４０には、複数のガス通気孔４０ｈが形成されている。電極板４０は、電極支持体４２によって着脱可能に支持されている。電極支持体４２の内部には、バッファ室４２ａが設けられている。プラズマ処理装置１０は、ガス供給部４４を更に備えており、バッファ室４２ａのガス導入口２５にはガス供給導管４６を介してガス供給部４４が接続されている。ガス供給部４４は、処理空間Ｓに処理ガスを供給する。ガス供給部４４は、複数種のガスを供給し得る。一実施形態においては、ガス供給部４４は、メタンガス、第１の希ガス、第２の希ガス、及び、水素ガスを供給し得る。
　電極支持体４２には、複数のガス通気孔４０ｈにそれぞれ連続する複数の孔が形成されており、当該複数の孔はバッファ室４２ａに連通している。したがって、ガス供給部４４から供給されるガスは、バッファ室４２ａ、ガス通気孔４０ｈを経由して、処理空間Ｓに供給される。
　また、プラズマ処理装置１０の処理容器１２の天井部には、環状又は同心状に延在する磁場形成機構４８が設けられている。この磁場形成機構４８は、処理空間Ｓにおける高周波放電の開始（プラズマ着火）を容易にして放電を安定に維持するよう機能する。
　また、ベース１４の上面の上には、静電チャック５０が設けられている。この静電チャック５０は、電極５２、並びに、一対の絶縁膜５４ａ及び５４ｂを含んでいる。絶縁膜５４ａ及び５４ｂは、セラミック等の絶縁体により形成される膜である。電極５２は、導電膜であり、絶縁膜５４ａと絶縁膜５４ｂの間に設けられている。この電極５２には、スイッチＳＷを介して直流電源５６が接続されている。直流電源５６から電極５２に直流電圧が与えられると、クーロン力が発生し、当該クーロン力によってウエハＷが静電チャック５０上に吸着保持される。また、静電チャック５０の内部には、加熱素子であるヒータが埋め込まれ、ウエハＷを所定温度に加熱できるようになっている。ヒータは、配線を介してヒータ電源に接続される。
　プラズマ処理装置１０は、ガス供給ライン５８及び６０、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４を更に備えている。伝熱ガス供給部６２は、ガス供給ライン５８に接続されている。このガス供給ライン５８は、静電チャック５０の上面まで延びて、当該上面の中央部分において環状に延在している。伝熱ガス供給部６２は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック５０の上面とウエハＷとの間に供給する。また、伝熱ガス供給部６４はガス供給ライン６０に接続されている。ガス供給ライン６０は、静電チャック５０の上面まで延びて、当該上面においてガス供給ライン５８を囲むように環状に延在している。伝熱ガス供給部６４は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック５０の上面とウエハＷとの間に供給する。
　また、プラズマ処理装置１０は、制御部６６を更に備えている。この制御部６６は、排気装置２６、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４に接続されている。制御部６６は、排気装置２６、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４のそれぞれに制御信号を送出する。制御部６６からの制御信号により、排気装置２６による排気、スイッチＳＷの開閉、高周波電源３２からの高周波バイアス電力の供給、整合器３４のインピーダンス調整、高周波電源３５からの高周波電力の供給、整合器３６のインピーダンス調整、ガス供給部４４による処理ガスの供給、伝熱ガス供給部６２及び６４それぞれによる伝熱ガスの供給が制御される。
　このプラズマ処理装置１０は、ガス供給部４４から処理空間Ｓに第１の処理ガス及び第２の処理ガスを選択的に供給することができる。また、第１の処理ガス及び第２の処理ガスといった処理ガスが処理空間Ｓに供給された状態で、電極板４０とベース１４との間、即ち、処理空間Ｓにおいて高周波電界が形成されると、処理空間Ｓにおいてプラズマが発生する。この処理ガスに含まれる元素の活性種により、ウエハＷの被エッチング層のエッチングが行われる。
　以下、方法ＭＴの有効性について、種々のデータを示して説明する。なお、以下に示すデータは、図２に示したウエハＷに対してプラズマ処理装置１０を用いたエッチングによって取得されたものである。また、被エッチング層１０２は、２０ｎｍの厚みを有するＰｔＭｎ層であった。また、上層１０６は、Ｔａ層であり、上層１０６とＭＴＪ構造１０４の総厚は、約５０ｎｍであった。
　［希ガスの種別によるエッチング効率］
　図４を参照する。図４は、希ガスの種別に応じた被エッチング層のエッチング効率を示すグラフである。図４のエッチング効率は、処理ガス中の希ガスを異ならせて求めたものである。具体的には、希ガスとして、アルゴン（Ａｒ）ガス、Ｋｒガス、Ｎｅガスの三種を用いた。図４のエッチング効率を求めた際の他の条件は、以下の通りである。
＜条件＞
・処理容器１２内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
・プラズマ生成用高周波電力：８００Ｗ
・高周波バイアス電力：１５００Ｗ
・処理ガス中の水素ガス流量：３００ｓｃｃｍ
・処理ガス中のメタンガス流量：９０ｓｃｃｍ
・処理ガス中の希ガスの流量：５０ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：－２０℃
　図４では、横軸に処理ガス中の処理ガス中の希ガスの種別が示されており、縦軸にＡｒガスを含む処理ガスを用いた場合のエッチングレートを「１」としたときの、他の希ガスを含む処理ガスを用いた場合のエッチングレート、即ち、エッチング効率が示されている。図４を参照すると、Ａｒガスを含む処理ガスに対して、Ｋｒガスを含む処理ガスは、被エッチング層１０２に対するエッチング効率が高く、一方、Ｎｅガスを含むエッチングガスは、被エッチング層１０２に対するエッチング効率が低いことが確認される。
　［希ガスの種別及びエッチング時間の形状に対する影響］
　図５を参照する。図５は、希ガスの種別及びエッチング時間の形状に対する影響を示す三つのグラフを示す図である。図５に示すデータは、図４のデータ取得のための条件と同じ条件で、被エッチング層１０２をエッチングしたときの形状のエッチング時間依存性を示している。具体的には、図５の（ａ）には、エッチング時間（横軸）と角度θ（縦軸）との関係が示されている。また、図５の（ｂ）には、エッチング時間（横軸）と堆積物の厚みＤＡ（縦軸）との関係が示されている。また、図５の（ｃ）には、エッチング時間（横軸）とエッチング後のマスクＭＫの厚みＭＨとの関係が示されている。なお、図６に示すように、角度θは、エッチング後の被エッチング層１０２の側壁面が下地層に対してなす角度である。また、堆積物の厚みＤＡは、エッチング後にマスクＭＫの側壁面に沿って残されていた堆積物ＤＰの水平方向の厚みである。また、厚みＭＨは、エッチング後に残されるマスクＭＫの膜厚方向の厚みである。また、図５において、凡例「Ａｒガス」は、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合のデータを示しており、凡例「Ｋｒガス」は、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いた場合のデータを示しており、凡例「Ｎｅガス」は、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合のデータを示している。
　図５のデータ取得のために行った実験では、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いた場合、Ｎｅガスを含む処理ガスを用いた場合にそれぞれ、６０秒のエッチング時間、４０秒のエッチング時間、９０秒のエッチング時間で、下地層が露出した。したがって、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いた場合、Ｎｅガスを含む処理ガスを用いた場合にそれぞれ、６０秒以降のエッチング、４０秒以降のエッチング、９０秒以降のエッチングは、オーバーエッチングである。
　図５の（ａ）を参照すると、Ｎｅガスを含む処理ガス及びＡｒガスを含む処理ガスの何れを用いた場合にも、角度θの向上には限界があり、一方、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いた場合には、角度θがエッチング時間の長さに比例して９０度に近づく傾向が確認される。したがって、Ｋｒガスを希ガスとして含む処理ガスを用いることにより、エッチングによって形成される形状の垂直性が高められることが確認される。また、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いることにより、Ａｒガスを含む処理ガスでは達成し得ない角度、即ち、垂直性を達成することが可能であることが確認される。
　また、図５の（ｂ）を参照すると、Ｎｅガスを含む処理ガス及びＡｒガスを含む処理ガスの何れを用いた場合にも、堆積物ＤＰの厚みＤＡが大きく、一方、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いた場合には、堆積物ＤＰの厚みＤＡがエッチング時間の長さに比例して小さくなる傾向が確認される。したがって、Ｋｒガスを希ガスとして含む処理ガスを用いることにより、堆積物の量を減少させることが可能であることが確認される。
　また、図５の（ｃ）を参照すると、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いた場合には、マスクＭＫの厚みＭＨが小さくなり、一方、Ｎｅガスを含む処理ガスを用いた場合には、マスクＭＫの厚みＭＨが大きくなることが確認される。したがって、Ｎｅガスを含む処理ガスを用いた場合に、マスクＭＫの膜厚を維持することが可能であること、即ち、マスクＭＫに対する被エッチング層１０２の選択性を高めることが可能であることが確認される。
　ここで、図４及び図５のデータから確認される傾向を図７を参照して説明する。図７の（ａ）には、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合のエッチング後のウエハの状態の断面図が示されており、図７の（ｂ）には、Ｎｅガスを含む処理ガスを用いた場合のエッチング後のウエハの状態の断面図が示されており、図７の（ｃ）には、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いた場合のエッチング後のウエハの状態の断面図が示されている。
　Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合の傾向（図７の（ａ）を参照）と対比すると、図７の（ｃ）に示すように、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いることにより、被エッチング層１０２の側壁の垂直性を高めることが可能であり、堆積物ＤＰの量を減少させることが可能である。しかしながら、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いると、マスクＭＫの膜厚が減少し、マスクＭＫの肩の削れも大きくなる。また、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合の傾向と対比すると、図７の（ｂ）に示すように、Ｎｅガスを含む処理ガスを用いることにより、被エッチング層１０２の側壁の垂直性は低くなり、堆積物ＤＰの量も多くなるが、マスクＭＫの膜厚を維持することが可能である。即ち、Ｎｅガスを含む処理ガスを用いることにより、マスクＭＫに対する被エッチング層１０２の選択性を高めることが可能である。
　［希ガスの種別、及び、メタンガスの流量の形状に対する影響］
　図８を参照する。図８は、希ガスの種別、及び、メタンガスの流量の形状に対する影響を示す三つのグラフを示す図である。図８に示すデータは、図４のデータ取得のための条件をベースにして、処理ガス中のメタンガスの流量を変更することにより、取得した。具体的には、図８の（ａ）には、処理ガス中のメタンガスの流量の割合（横軸）と角度θ（縦軸）との関係が示されている。また、図８の（ｂ）には、処理ガス中のメタンガスの流量の割合（横軸）と堆積物の厚みＤＡ（縦軸）との関係が示されている。また、図８の（ｃ）には、処理ガス中のメタンガスの流量の割合（横軸）とエッチング後のマスクＭＫの厚みＭＨとの関係が示されている。なお、図８において、凡例「Ａｒガス」は、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合のデータを示しており、凡例「Ｋｒガス」は、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いた場合のデータを示している。
　図８の（ａ）を参照すると、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合には、メタンガスの流量が多くなると、垂直性が大きく低下することが確認される。一方、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いた場合には、メタンガスの流量に比例して、垂直性が大きくなることが確認される。また、図８の（ｂ）を参照すると、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合に比して、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いた場合には、メタンガスの流量を増加させても、堆積物の量が少なくなることが確認される。また、図８の（ｃ）を参照すると、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いた場合には、メタンガスの流量を増加させると、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合と同等のレベルまで、エッチング後のマスクＭＫの厚みを維持することが可能であることが確認される。したがって、Ｋｒガスを含む処理ガスでは、垂直性の向上、及び、堆積物の量の低減が可能であり、且つ、メタンガスの量を調整することで、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合と同等の選択性を得ることが可能であることが確認される。
　［希ガスの種別、及び、高周波バイアス電力の形状に対する影響］
　図９を参照する。図９は、希ガスの種別、及び、高周波バイアス電力の形状に対する影響を示す三つのグラフを示す図である。図９に示すデータは、図４のデータ取得のための条件をベースにして、高周波バイアス電力を変更することにより、取得した。図９の（ａ）には、エッチング時間（横軸）と角度θ（縦軸）との関係が示されている。また、図９の（ｂ）には、エッチング時間（横軸）と堆積物の厚みＤＡ（縦軸）との関係が示されている。また、図９の（ｃ）には、エッチング時間（横軸）とエッチング後のマスクＭＫの厚みＭＨとの関係が示されている。なお、図９において、凡例「Ａｒ（１５００Ｗ）」は、Ａｒガスを含む処理ガスを用いて１５００Ｗの高周波バイアス電力を供給した場合のデータを示しており、凡例「Ｋｒ（１５００Ｗ）」は、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いて１５００Ｗの高周波バイアス電力を供給した場合のデータを示しており、凡例「Ｋｒ（１０００Ｗ）」は、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いて１０００Ｗの高周波バイアス電力を供給した場合のデータを示している。
　図９の（ａ）を参照すると、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いた場合には、高周波バイアス電力を大きくすることにより、角度θを大きくすることができること、即ち、垂直性を向上することが可能であることが確認される。また、同じ高周波バイアス電力であっても、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いることにより、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合と対比して、高い垂直性を得ることが可能であることが確認される。さらに、低い高周波バイアス電力（１０００Ｗ）を用いても、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いることにより、Ａｒガスを含む処理ガスを用い、且つ、高い高周波バイアス電力（１５００Ｗ）用いた場合と同等の垂直性を得ることが可能であることが確認される。
　また、図９の（ｂ）を参照すると、高周波バイアス電力が低くても、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いることにより、Ａｒガスを含む処理ガスよりも、堆積物の量を減少させることが可能であることが確認される。また、図９の（ｃ）を参照すると、高周波バイアス電力を低くすることにより（１０００Ｗ）、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いても、Ａｒガスを含む処理ガスを用いた場合と同等のレベルで、マスクＭＫの膜厚を維持することが可能であることが確認される。即ち、Ｋｒガスを含む処理ガスを用いても、Ａｒガスを含む処理ガスと同等の選択性を実現することが可能であることが確認される。
　以上のデータから確認されることを総括すると、Ｋｒガスといった第１の希ガスを含む第１の処理ガスを用いることにより、Ａｒガスを含む処理ガスに比して、垂直性を向上させることができ、堆積物の量を減らすことができる。また、第１の希ガスを含む第１の処理ガスを用いることにより、Ａｒガスを含む処理ガスと同等のレベルで、マスクＭＫの膜厚を維持すること、即ち、選択性を得ることが可能である。また、Ｎｅガスといった第２の希ガスを含む第２の処理ガスを用いることにより、Ｋｒガス又はＡｒガスを含む処理ガスを用いる場合よりも、選択性を向上させることができる。したがって、工程ＳＴ１と工程ＳＴ２を順次実行することにより、三つの要件、即ち、垂直性の向上、堆積物の量の少なさ、選択性の向上、を満たすことが可能となる。
　［実験例］
　以下、方法ＭＴを実施した実験例について説明する。この実験例では、図４のデータの取得時と同じウエハに対して、プラズマ処理装置１０を用いて方法ＭＴを適用した。また、第１参考例として、Ａｒガスを含む処理ガスのみを用いて、同じウエハの被エッチング層１０２のエッチングを行った。また、第２参考例として、Ｋｒガスを含む処理ガスのみを用いて、同じウエハの被エッチング層１０２のエッチングを行った。以下に、実験例、第１参考例、第２参考例の条件を示す。
＜実験例の条件＞
・処理容器１２内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
・プラズマ生成用高周波電力：８００Ｗ
・高周波バイアス電力：１５００Ｗ
・第１の処理ガス及び第２の処理ガス中の水素ガス流量：３００ｓｃｃｍ
・第１の処理ガス及び第２の処理ガス中のメタンガス流量：９０ｓｃｃｍ
・第１の処理ガス及び第２の処理ガス中の希ガスの流量：５０ｓｃｃｍ
・第１の希ガス：Ｋｒ
・第２の希ガス：Ｎｅ
・ウエハ温度：－２０℃
・工程ＳＴ１の時間：１０秒
・工程ＳＴ２の時間：１０秒
・工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２からなるシーケンスの繰り返し回数：５回
＜第１参考例の条件＞
・処理容器１２内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
・プラズマ生成用高周波電力：８００Ｗ
・高周波バイアス電力：１５００Ｗ
・処理ガス中の水素ガス流量：３００ｓｃｃｍ
・処理ガス中のメタンガス流量：９０ｓｃｃｍ
・処理ガス中のＡｒガスの流量：５０ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：－２０℃
・エッチング時間：１３０秒
＜第２参考例の条件＞
・処理容器１２内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
・プラズマ生成用高周波電力：８００Ｗ
・高周波バイアス電力：１５００Ｗ
・処理ガス中の水素ガス流量：３００ｓｃｃｍ
・処理ガス中のメタンガス流量：９０ｓｃｃｍ
・処理ガス中のＫｒガスの流量：５０ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：－２０℃
・エッチング時間：１３０秒
　以下、実験例、第１参考例、第２参考例のそれぞれについて、エッチング後の角度θ、堆積物ＤＰの厚みＤＡ、及び、エッチング後のマスクＭＫの厚みＭＨを示す。
＜実験例＞
θ：８３度
ＤＡ：１．５ｎｍ
ＭＨ：３５．１ｎｍ
＜第１参考例＞
θ：８１．５度
ＤＡ：４．０ｎｍ
ＭＨ：３６．０ｎｍ
＜第２参考例＞
θ：８４度
ＤＡ：０ｎｍ
ＭＨ：２４．２ｎｍ
　実験例、第１参考例、第２参考例のそれぞれのエッチング後の角度θ、堆積物の厚みＤＡ、及び、エッチング後のマスクＭＫの厚みＭＨを対比すれば明らかなように、方法ＭＴでは、Ａｒガスを用いた処理ガスのみを用いる場合（第１参考例）では不可能なレベルの垂直性を実現することができ、また、堆積物の量を減少させることができることが確認される。また、方法ＭＴでは、Ｋｒガスを含む処理ガスのみ用いた場合（第２参考例）よりも大きな厚み、且つ、Ａｒガスを用いた処理ガスのみを用いる場合（第１参考例）と同等な厚みで、マスクＭＫを維持することができること、即ち、Ａｒガスを用いた処理ガスのみを用いる場合と同等な選択性を得ることが可能であることが確認された。
　以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、メタン及び水素ガスを含んでいたが、それぞれ第１の希ガス及び第２の希ガスを含み、且つ、炭素及び水素を含有する限り、第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、任意のガスを含み得る。また、上述した実施形態では、被エッチング層１０２としてＰｔＭｎから構成された層が例示されているが、方法ＭＴのエッチング対象となる被エッチング層は、上層１０６をマスクとしてエッチングすることが可能な、他の層、例えば、ＭＴＪ構造１０４に含まれる層、磁性層１０７、及び／又は磁性層１０８であってもよい。
　１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、３２…高周波電源（高周波バイアス電力供給用）、Ｗ…ウエハ、１００…下地層、１０２…被エッチング層、１０４…ＭＴＪ構造、１０６…上層、ＭＫ…マスク、ＤＰ…堆積物、ＭＴ…方法、ＳＴ１…工程、ＳＴ２…工程。

Claims (4)

  1. 　被処理体の被エッチング層をエッチングする方法であって、
    　前記被処理体は、前記被エッチング層上にマスクを有しており、
    　前記被エッチング層及び前記マスクは、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する希ガスのプラズマによるエッチング効率が、アルゴンガスのプラズマによるエッチング効率よりも高い材料から構成されており、
    　前記マスクは、前記被エッチング層の融点よりも高い融点を有する材料から構成されており、
    　該方法は、
    　アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する第１の希ガスを含む第１の処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程と、
    　アルゴンの原子番号よりも小さい原子番号を有する第２の希ガスを含む第２の処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程と、
    を含む方法。
  2. 　前記第１の処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す前記工程と前記第２の処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程が、交互に繰り返される、請求項１に記載の方法。
  3. 　前記被エッチング層はＰｔＭｎを含み、前記マスクはＴａを含む、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 　前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスは、メタンガスを更に含む、請求項１～３の何れか一項に記載の方法。
PCT/JP2014/074922 2013-11-20 2014-09-19 被エッチング層をエッチングする方法 WO2015076010A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14863512.1A EP3073518B1 (en) 2013-11-20 2014-09-19 Method for etching layer to be etched.
KR1020167008370A KR102257855B1 (ko) 2013-11-20 2014-09-19 피에칭층을 에칭하는 방법
US15/030,406 US9647206B2 (en) 2013-11-20 2014-09-19 Method for etching layer to be etched

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013239908 2013-11-20
JP2013-239908 2013-11-20
JP2014170521A JP6347695B2 (ja) 2013-11-20 2014-08-25 被エッチング層をエッチングする方法
JP2014-170521 2014-08-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015076010A1 true WO2015076010A1 (ja) 2015-05-28

Family

ID=53179281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/074922 WO2015076010A1 (ja) 2013-11-20 2014-09-19 被エッチング層をエッチングする方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9647206B2 (ja)
EP (1) EP3073518B1 (ja)
JP (1) JP6347695B2 (ja)
KR (1) KR102257855B1 (ja)
TW (1) TWI629724B (ja)
WO (1) WO2015076010A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6159757B2 (ja) 2014-07-10 2017-07-05 東京エレクトロン株式会社 基板の高精度エッチングのプラズマ処理方法
US9870899B2 (en) 2015-04-24 2018-01-16 Lam Research Corporation Cobalt etch back
US9972504B2 (en) 2015-08-07 2018-05-15 Lam Research Corporation Atomic layer etching of tungsten for enhanced tungsten deposition fill
US10566212B2 (en) 2016-12-19 2020-02-18 Lam Research Corporation Designer atomic layer etching
JP6552477B2 (ja) * 2016-12-22 2019-07-31 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
US10832909B2 (en) 2017-04-24 2020-11-10 Lam Research Corporation Atomic layer etch, reactive precursors and energetic sources for patterning applications
US10796912B2 (en) 2017-05-16 2020-10-06 Lam Research Corporation Eliminating yield impact of stochastics in lithography
KR102642011B1 (ko) 2018-03-30 2024-02-27 램 리써치 코포레이션 내화성 금속들 및 다른 고 표면 결합 에너지 재료들의 원자 층 에칭 및 평활화 (smoothing)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03165027A (ja) * 1989-11-22 1991-07-17 Nec Corp 反応性イオンエッチング方法
JPH10189537A (ja) * 1996-12-26 1998-07-21 Sony Corp ドライエッチング方法
JP2002540627A (ja) * 1999-03-25 2002-11-26 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド キセノンの付加によるシリコン酸化物のエッチング割合及び基板選択性の向上
JP2004031466A (ja) * 2002-06-24 2004-01-29 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理方法
JP2009527899A (ja) * 2006-02-21 2009-07-30 マイクロン テクノロジー， インク． 高アスペクト比コンタクト
JP2011014881A (ja) * 2009-05-27 2011-01-20 Canon Anelva Corp 磁気素子の製造方法と装置
JP2012204408A (ja) 2011-03-23 2012-10-22 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002163848A (ja) * 2000-11-27 2002-06-07 Canon Inc 情報記録媒体の製造方法
US7645618B2 (en) * 2004-09-09 2010-01-12 Tegal Corporation Dry etch stop process for eliminating electrical shorting in MRAM device structures
US8278222B2 (en) * 2005-11-22 2012-10-02 Air Products And Chemicals, Inc. Selective etching and formation of xenon difluoride
JPWO2008129605A1 (ja) * 2007-03-30 2010-07-22 キヤノンアネルバ株式会社 磁性素子の製造法
US8282844B2 (en) * 2007-08-01 2012-10-09 Tokyo Electron Limited Method for etching metal nitride with high selectivity to other materials
US20100301008A1 (en) * 2009-05-27 2010-12-02 Canon Anelva Corporation Process and apparatus for fabricating magnetic device
JP2012222093A (ja) * 2011-04-07 2012-11-12 Ulvac Japan Ltd 磁気抵抗素子の製造方法及び製造装置
US8546263B2 (en) * 2011-04-27 2013-10-01 Applied Materials, Inc. Method of patterning of magnetic tunnel junctions

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03165027A (ja) * 1989-11-22 1991-07-17 Nec Corp 反応性イオンエッチング方法
JPH10189537A (ja) * 1996-12-26 1998-07-21 Sony Corp ドライエッチング方法
JP2002540627A (ja) * 1999-03-25 2002-11-26 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド キセノンの付加によるシリコン酸化物のエッチング割合及び基板選択性の向上
JP2004031466A (ja) * 2002-06-24 2004-01-29 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理方法
JP2009527899A (ja) * 2006-02-21 2009-07-30 マイクロン テクノロジー， インク． 高アスペクト比コンタクト
JP2011014881A (ja) * 2009-05-27 2011-01-20 Canon Anelva Corp 磁気素子の製造方法と装置
JP2012204408A (ja) 2011-03-23 2012-10-22 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3073518A4

Also Published As

Publication number Publication date
US9647206B2 (en) 2017-05-09
JP2015122473A (ja) 2015-07-02
TWI629724B (zh) 2018-07-11
EP3073518A1 (en) 2016-09-28
EP3073518A4 (en) 2017-07-19
US20160276582A1 (en) 2016-09-22
EP3073518B1 (en) 2018-03-07
JP6347695B2 (ja) 2018-06-27
TW201532138A (zh) 2015-08-16
KR102257855B1 (ko) 2021-05-28
KR20160088855A (ko) 2016-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6347695B2 (ja) 被エッチング層をエッチングする方法
JP6373160B2 (ja) プラズマ処理装置
JP6400425B2 (ja) 多層膜をエッチングする方法
US9793130B2 (en) Method for processing object to be processed
TWI591722B (zh) 含鈷及鈀之膜之蝕刻方法
US9419211B2 (en) Etching method and substrate processing apparatus
JP6096762B2 (ja) プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
KR102365473B1 (ko) 피처리체를 에칭하는 방법
TW201715085A (zh) 蝕刻多層膜之方法
WO2019082716A1 (ja) エッチング方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14863512

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20167008370

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014863512

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15030406

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE