(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウムで汚染された層（１２０，２２０）の電子ビーム誘起エッチング方法であって、
ａ．エッチングガスとして、少なくとも１種類の第１ハロゲン化合物を、電子ビームが前記層（１２０，２２０）に衝突する位置に、供給するステップであって、前記少なくとも１種類の第１ハロゲン化合物が、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）、及び六フッ化硫黄（ＳＦ６）の少なくとも１つを含むステップ、および
ｂ．前記位置において、前記ガリウムを除去する前駆体ガスとして、少なくとも１種類の第２ハロゲン化合物を供給するステップであって、前記少なくとも１種類の第２ハロゲン化合物が、塩素（Ｃｌ２）、臭素（Ｂｒ２）、及びヨウ素（Ｉ２）の少なくとも１つを含むステップ、
を含む電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記エッチングを行う間、前記第２ハロゲン化合物を継続的に供給することを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項３】
請求項２に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記第２ハロゲン化合物を０．１標準立方センチメートル／分のガス流量で供給することを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記エッチングを行う間、前記第１ハロゲン化合物を経時変化させて供給することを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、前記第１ハロゲン化合物を、３０秒のクロックレートでチョップした１：５のデューティサイクルで供給することを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、ガリウムで汚染された少なくとも１つの層（２２０）を含む多層系（２００）にわたりビア（３００）をエッチングする際、前記ガリウムで汚染された少なくとも１つの層（２２０）をエッチングするときの前記第２ハロゲン化合物のガス流量は、ガリウムで汚染されていない層（２１０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０）をエッチングするときよりも多いことを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、コールドトラップ（６０）および／または紫外線ランプ（７０）を用いて、真空チャンバ（１０）内の水蒸気分圧を減少させることを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子ビーム誘起エッチング方法であって、電子ビーム装置（３０）の前記電子ビームを用いて、電子ビーム顕微鏡法、または、並行して、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、走査トンネル顕微鏡法、および／または走査型力顕微鏡法により、エッチング対象層（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０）の表面および/または層（１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０）のエッチングした表面を検査することを特徴とする、電子ビーム誘起エッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガリウム注入された層を電子ビーム誘起エッチングする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチングプロセスは、産業面で、特に、半導体技術において、重要な役割を果たす。エッチングプロセスを用いて、ナノメータ範囲に至る微細構造を作成することができる。さらに、エッチングプロセスは、フォトリソグラフィマスクを修復する際に重要な機能を果たす。
【０００３】
半導体技術において微細構造を作製するためにエッチングプロセスを用いるが、集束イオンビームの衝突により行うエッチングプロセスは、従来より、ＦＩＢ（focused ion beam）として知られる。例えば、ＦＩＢ技術は、特許文献１に開示される。ＦＩＢ技術の特に有利な点は、非常に平坦で非常に急勾配の側壁、すなわち、高エッチング速度でアスペクト比の高い構造を加工できることである。アスペクト比とは、ある構造における奥行または高さの、それぞれの横方向最小長さに対する比を示す。
【０００４】
ＦＩＢ技術においては、イオンビームは通常ガリウム（Ｇａ）イオンを含む。フォトリソグラフィマスクを修復する間、石英基板へのガリウム注入により、露光に用いる紫外線（ＵＶ）照射に対する透過特性が低下する。特許文献２においては、基板層の厚さを著しく変更せずに石英基板の透過特性を大幅に回復できる方法が開示される。ガリウムイオンの衝突により、石英基板にＵＶ照射に対するブラーが生じる。このため、電子ビームおよびエッチングガスである二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）を用いて、石英基板上におけるガリウムイオンが注入された領域からイオンを除去する。このプロセスにおける必須の前提条件は、電子ビーム及びＸｅＦ２を合わせた衝撃によって、基板がエッチングされないということである。基板物質が除去されると、基板の厚さが局所的に変化して、ＵＶ照射による露光の際の位相誤差が生じるおそれがある。このことは、フォトリソグラフィマスクの画像欠陥につながることがある。したがって、結局は、不十分な透過率による欠陥に代わり、フォトリソグラフィの画像品質が不十分となり欠陥が生じる。
【０００５】
加工対象層の下層にガリウムが注入されることは、ＦＩＢ技術における一般的な問題であり、上記のマスク修復プロセスと同時に発生し、また、いわゆる回路編集においても発生する。回路編集とは、すなわち、半導体技術において微細構造を直接加工修正することであり、例えば、デバイスの各導電路を連続して相互に切断または接続することである。
【０００６】
例えば、ＦＩＢ技術では、ガリウムの衝突により半導体層へのガリウム注入が生じ、このガリウム注入により、半導体層のそれ以降の処理が著しく複雑化する。特に、この層をエッチングすることが非常に困難になる。ガリウム注入された部分の大半を除去すると、その層は通常不活性残渣として残留し、それ以降の処理にて問題となる。ガリウムに汚染された層の除去が困難であることにより、結果として、ガリウムに汚染された層を有する多層系において深いコンタクトホールまたは深いビアをエッチングすると、この層の範囲内において隘路が生じる（図５参照）。さらに、多層系のその他の層にガリウムの残渣が吸着することにより、それ以降の処理が著しく複雑化する。ＦＩＢ技術のさらなる深刻なデメリットは、スパッタされた物質の大部分が、試料または真空チャンバ内のその他の箇所に吸着することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，６３９，３０１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０２２６８１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、したがって、上記の問題点に基づき、実質的に残渣を残さずにガリウムで汚染された層をエッチングする方法を提供するものであり、その結果、上記のデメリットを少なくとも部分的に回避するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、この問題は、請求項１に記載の方法により解決される。一実施形態において、ガリウムで汚染された層を電子ビーム誘起エッチングする方法は、層に電子ビームが衝突する位置と同じ位置において、少なくとも１種類の第１ハロゲン化合物をエッチングガスとして同層に供給するステップ、および、少なくとも１種類の第２ハロゲン化合物を前駆体として同位置に供給するステップを含むものである。
【００１０】
出願人は、驚くべきことに、適切な前駆体ガスを用いた電子ビーム誘起エッチングによりガリウムで汚染された層を除去することができることを発見した。従来より、ガリウムで汚染された大体積層を除去した際、不活性残渣が発生することが既知であるが、前駆体ガスを添加することにより、この不活性残渣の発生を大幅に抑制することができる。ガリウムで汚染された層を少なくとも１層有する多層系をエッチングする際、前駆体ガスを添加することにより、その他の層へガリウムの残渣が吸着するのを防止または低減する。したがって、本発明による方法によれば、実質的に残渣を残さずにガリウムで汚染された層をエッチングすることができる。さらに、ガリウムで汚染された層をエッチングする際に前駆体ガスを添加することにより、ガリウムが注入されていない層と比較して、ガリウムで汚染された層のエッチングガスに対する選択性を縮小することができる。これにより、ビアをエッチングする際に隘路が形成されるのを防ぐことができる。
【００１１】
本発明による方法の好ましい実施形態において、第１ハロゲン化合物として二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）を用いる。しかしながら、例えば、ハロゲン族元素（臭素（Ｂｒ２）および／またはヨウ素（Ｉ２））等のその他のハロゲン化合物、または、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ６）または酸素（Ｏ２）等のその他の化合物を、エッチングガスとして用いることも考えられる。
【００１２】
好ましくは、第２ハロゲン化合物として塩素（Ｃｌ２）を用いる。しかしながら、本発明による方法は、前駆体ガスとしてＣｌ２を用いることに限定されない。例えば、別のハロゲン、ハロゲン化合物、または酸化化合物等のその他の前駆体ガスを用いることも考えられる。
【００１３】
本発明による方法の好ましい実施形態において、エッチングを行う間、第２ハロゲン化合物を継続的に供給した場合、良好なエッチング結果が得られる。本発明による方法の特に好ましい実施形態において、第２ハロゲン化合物のガス流量を０．１ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）とすると、良好なエッチング結果が得られる。
【００１４】
好ましくは、エッチングプロセスの間、第１ハロゲン化合物を経時変化させて供給する。一実施形態において、１：５のデューティサイクルで、３０ｓ（秒）のクロックレートにより、第１ハロゲン化合物をチョップ（ｃｈｏｐ）する。
【００１５】
本発明による方法の一実施形態において、ガリウムで汚染された層を有する多層系にわたりビアをエッチングする場合、ガリウムで汚染された少なくとも１つの層をエッチングする際は、ガリウムで汚染されていない層をエッチングする場合と比べて、第２ハロゲン化合物のガス流量を増加させる。
【００１６】
本発明による方法のさらに好ましい実施形態において、コールドトラップおよび／または紫外線ランプにより、真空チャンバ内の水蒸気分圧を減少させる。
【００１７】
好ましくは、追加または代案として、電子ビーム装置の電子ビームを用いて、エッチング対象の層および／またはエッチングした層の表面を検査する。電子ビーム顕微鏡法に加え、または、並行して、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、走査トンネル顕微鏡法、および／または走査型力顕微鏡法等のその他の方法を用いることができる。これらの方法を組み合わせることも可能である。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態によれば、ガリウムで汚染された層を有する層を電子ビーム誘起エッチングする装置は、少なくとも１種類の第１ハロゲン化合物のための注入口を有する。注入口は、電子ビームが層に衝突する位置に設ける。さらに、装置は、前駆体ガスとしての少なくとも１種類の第２ハロゲン化合物のための注入口を同じ位置に有する。
【００１９】
本発明による方法のさらなる実施形態は、特許請求の範囲におけるさらなる従属項において定義される。
【００２０】
以下の発明の詳細な説明において、本発明の現下における好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による方法を実施するための例示的な装置であって、真空チャンバ内において、ガリウムで汚染された少なくとも１つの層を含む試料に、エッチングガス、前駆体ガス、および集束電子ビームを同時に衝突させることによりエッチング可能な装置を示す概略図である。
【図２】ガリウムで汚染された体積の大きい層を有する多層系を従来技術による方法でエッチングしたときの拡大概略断面図である。
【図３】ガリウムで汚染された体積の大きい層を有する多層系を本発明の一実施形態による方法でエッチングしたときの拡大概略断面図である。
【図４】ガリウムで汚染された層を有する多層系のいくつかの層にわたりエッチングしたビアの拡大概略断面図である。
【図５】従来の方法によりエッチングを行った際の図４に示すビアを示す概略断面図である
【図６】本発明による方法により図４に示すビアをエッチングした際の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明による方法および本発明による装置の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１に、エッチング対象の試料９０を真空チャンバ１０内の試料ホルダ２０に配置した様子を概略的に示す。試料９０は、図２および図３において、多層系１００を含み、図４〜図６において多層系２００を含む。本発明による方法を実施するための電子ビームは、例えば、改良走査電子顕微鏡である電子ビームデバイス３０から出射する。
【００２４】
図１に示す本発明の好ましい実施形態において、エッチングガスとしてハロゲン化合物ＸｅＦ２を、注入口４０を介して真空チャンバ１０内に導入する。ＸｅＦ２に加え、その他のハロゲン族元素を用いることもでき、例えば、Ｃｌ２、Ｂｒ２、および／またはＩ２、ならびに、例えば、ＳＦ６等のハロゲン化合物を用いることができる。ハロゲン化合物に加え、水（Ｈ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、アンモニア（ＮＨ３）、およびその他の反応性の物質も並行して用いることが考えられる。さらに、本発明による方法によれば、２種類以上のエッチングガスを同時に用いることもできる。さらに、エッチングプロセス中に、異なるエッチングガスの混合比を変更することができる。
【００２５】
図１に示す実施形態において、注入口５０を介して真空チャンバ１０内に前駆体ガスＣｌ２を導入する。Ｃｌ２と同時に、例えばＢｒ２および／またはＩ２等のその他のハロゲン族元素、および／または、例えばＳＦ２等のその他のハロゲン化合物を、前駆体ガスとして用いることが考えられる。ハロゲン化合物と並行して、水（Ｈ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、アンモニア（ＮＨ３）、およびその他の反応性の物質も用いることが考えられる。２種類以上のガスまたは物質は、それぞれ、前駆体ガスと考えることもでき、その混合比はエッチングプロエスの途中で変更することができる。
【００２６】
ＸｅＦ２およびＣｌ２は、適切な投入弁（図１には図示せず）を介して、対応する注入口４０，５０を経由して、エッチング対象の多層系１００，２００に供給される。この過程で、ＸｅＦ２およびＣｌ２の両方のガスを、別々の投入弁を介して導入し、共通の注入口（図１には図示せず）を経由して導入することも可能である。エッチング対象の層に向けられたガス注入口４０，５０に代えて、第１ハロゲン化合物および／または第２ハロゲン化合物を、エッチング対象の表面に向けることなく真空チャンバ１０内に導入することもできる。
【００２７】
ＸｅＦ２およびＣｌ２の投入量は、経時的に均一とすることができる。エッチングプロセスを行う間、２種類のガスのうち両方のガスおよび／または一方のガスの投入量を変更（「チョッピング」）することもできる。ガリウムで汚染された半導体層のエッチングに際し、前駆体ガスを０．１ｓｃｃｍのガス流量で継続的に供給すれば、良好な結果が得られる。同時に、エッチングガスＸｅＦ２を、好ましくは、温度２７３Ｋにおいて経時変化させて供給する。この過程において、デューティサイクルは１：５であり、サイクル長は３０ｓ（秒）である。このことは、注入口４０を介して真空チャンバ１０内にＸｅＦ２を５秒間にわたり導入し、次の２５秒間は注入口４０の弁（図１には図示せず）によりエッチングガスの供給を遮断することを意味する。例えば、本発明による方法は、ガス流量を約０．５ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）とすることにより実施できる。
【００２８】
前駆体ガスとして塩素を用いて電子ビーム誘起エッチングを行うことは、装置においていくつかの課題がある。電子ビームデバイス３０の未処理の真空チャンバ１０においては、塩素の反応性により、例えば、炭化水素等の大量の残留ガスが真空チャンバ１０内に放出され、この放出された残留ガスの蒸着により、エッチング対象の試料９０のエッチングが妨げられる。エッチング対象の層上に蒸着する適切な分子をさらに生成するため塩素を供給した際の、真空チャンバ１０内において起こりうるさらなる反応経路としては、塩素が、真空チャンバ１０内に残留ガスとして残っている水分子と自然反応して、塩化水素（ＨＣｌ）が発生すること挙げられる。ＨＣｌは極性化合物であり、極性のより低い水分子よりも、著しく良好にエッチング対象試料９０に付着する。したがって、水蒸気脱着法は、真空チャンバ１０内において有用である。
【００２９】
上記において説明した、注入口５０を介して真空チャンバ１０内に塩素を導入した際に発生する汚染問題を防止するために、種々の方法を用いることができる。ここでは、非密閉の（non-closing）試料について説明する。真空チャンバ１０を加熱し、プラズマを用いて真空チャンバ１０を清浄し、クライオポンプまたはコールドトラップ６０を使用して水分のポンプ能力を向上させ、そして、紫外線照射により、真空チャンバ１０および試料９０の表面からの水分の脱着を支援する。
【００３０】
電子ビームのパラメータは、ガリウムで汚染された層の物質組成とは無関係に、調整可能である。例示的なパラメータ集合において用いる電子ビームの電子エネルギーは１ｋｅＶ、電流強度は５０ｐＡ、ドゥエル時間は５０ｎｓ、およびリフレッシュ時間は２ｍｓである。
【００３１】
エッチング反応を開始するには、好ましくは、集束電子ビームを単独で用いる。しかしながら、追加または代案として、その他のエネルギー伝達機構（例えば、集束レーザビームおよび／または非集束イオンビーム）を用いることもできる。
【００３２】
既に述べたように、ガリウムで汚染されている層をエッチングする場合、２つの異なる問題が発生する。大体積を除去することにより、エッチングによっても除去されないで残る領域が生じる。これらの領域は、従来の方法により電子ビーム誘起エッチングを行った際の、いわゆる不活性残渣と呼ばれるものである。図２に、上から２番目の層１２０がガリウムで汚染された多層系１００を示す。このガリウムで汚染された層は、半導体層１２０である。しかしながら、ガリウムは、イオン衝突によりエッチング対象の絶縁層に注入されたものでもありうる。図２に示す例では、その他の層１１０，１３０，１４０，１５０，および１６０は、組成および／または投入量の異なる半導体層であって、ガリウムにより汚染されていない層である。さらに、図２に示す例において、除去する物質の領域は層から層へ段階的に小さくなる。エッチングプロセスにより、最下層１６０に到達する。ガリウムで汚染された層１２０のエッチング速度が、ガリウムが実質的に注入されていないその上層１１０およびその下層１３０とは異なることにより、層１１０の下部は余分に削り取られる（アンダーカット）。用語「実質的に」とは、この場合、および本明細書のその他の箇所において、それぞれ、検出限界未満の濃度、または測定誤差の範囲内の濃度であることを意味する。
【００３３】
電子ビーム誘起エッチングプロセスにおいて、ガリウムで汚染された層１２０を従来技術によりエッチングする際、エッチングプロセスで除去できない不活性残渣１９０が残る。さらに、ガリウムで汚染された層１２０を除去する際、層１２０から除去したガリウムの残渣１８０が最初にエッチングした最上層１１０に蒸着する。
【００３４】
図３に、本発明によるエッチング方法を適用した後の、図２において説明した多層系１００を示す。前駆体ガスを添加することにより、ガリウムで汚染されていない層１１０，１１０，１３０，１４０，１５０，および１６０と比較したガリウム注入層１２０のエッチングガスに対する選択性は、大幅に減少する。このため、第１層１１０におけるアンダーカットを大幅に抑制することができる。前駆体ガスとして塩素を用いることにより、ガリウムで汚染された層１２０を、実質的に残渣を残さずに除去することができる。不活性残渣１９０は層１２０上に実質的に残留しない。ガリウム残渣は、層１１０上に吸着せず、または、ごくわずかに吸着するのみである。
【００３５】
図４に、多層系２００において、いくつかの層２１０〜２６０にわたり金属性の導電接続１７０までエッチングしたビア３００を概略的に示す。図２および図３に示すように、上から２番目の半導体層２２０は、この場合も、ガリウムで汚染されている。その他の層２１０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０、および２８０は、実質的にガリウム汚染されていない。多層系２００の最上層２１０は絶縁層である。層２３０，２４０，２５０，および２８０は、物質組成および／または投与量の異なる導体層、アイソレータ類、および／または金属類である。金属製の導電接続２７０は、絶縁層２６０に埋め込まれる。図４とは対照的に、ＦＩＢ技術を用いる際には、イオン衝突によりガリウムを絶縁層にも注入することができる。上層および／または下層も、絶縁層、金属層、および／また半導体層とすることができる。本発明による方法により、これらの多層系も良好にエッチングすることができる。
【００３６】
図５は、従来の電子ビーム誘起エッチング方法を用いて除去を行った際の、図４に示す多層系２００のビア３００の断面図である。一方の層２２０のエッチング速度が、他方の絶縁層２１０および半導体層２３０のエッチング速度と異なることにより、隣接層２１０および２３０はアンダーカットを呈する。層２２０におけるエッチング速度が低いことにより、隘路が生じる。層２２０から除去したガリウムが、ガリウム残渣として、多層系２００のその他の層２１０，２３０，２４０，２５０，２６０，および２７０に吸着する。
【００３７】
図６も、図４に示す多層系２００のビア３００の断面図であるが、図６は本発明による方法によりエッチングを行ったものである。図４の説明において述べたように、注入口５０を介して真空チャンバ１０に塩素を添加することにより、一方の層２１０および２３０と他方の層２２０との間の、エッチング速度の選択性が減少する。したがって、層２１０および２３０のアンダーカットを効率的に回避することができる。さらに、層２２０の範囲において生じるボトルネックを、それぞれ、回避すること、または、大幅に減少することができる。本発明による方法により実質的に残渣を残さないエッチングを行った結果として、多層系２００のその他の層２１０，２３０，２４０，２５０，２６０，および２７０にガリウム残渣１８０が吸着するのを実質的に回避することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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